Características físicas de la madera.

 Anatomía de la madera.

 La madera es un material hecho por la naturaleza, esto le confiere una enorme variabilidad. Si a un tronco le sacáramos un cubo nos daríamos cuenta que la madera es un material de características anisotropicas, ya que tiene tres distintas ejes y caras, y cada una de estas tiene características diferentes a la otra. Si observásemos el cubo en la parte de arriba variamos la cara transversal, la cual presenta líneas oscuras y claras, las cuales corresponde a los anillos anuales de crecimiento,  las otras dos caras muestran líneas paralelas a los anillos de crecimiento, la cara tangente a los anillos de esta es  llamada cara tangencial, la otra coincide con los radios del árbol por lo tanto es llamada  cara radial. Los tres ejes de este cubo son radial (R), tangencial (T) y longitudinal (L), son usualmente usados para indicar la dirección de la madera que será usada o medida, ya que estas presentan diferencias significativas unas de otras.

 La estructura típica de las maderas suaves o coníferas como lo son los pinos es la que se muestra en la figura 1. 

Fig. 1

Esta imagen corresponde a la cara transversal, en ella podemos ver distintas células, las células grandes y delgadas corresponden a la llamada madera temprana, estas se forman a principios del año, cuando el árbol está creciendo rápidamente, por eso es que su pared celular es delgada y la cavidad grande para tener un flujo de sabia más rápido. Las células pequeñas de lumen delgado y pared gruesa son llamadas madera tardía, estas son formadas ya que el árbol finalizo su etapa de crecimiento y entra en un periodo de letargo. En la misma imagen podemos observar también los canales resiníferos y los radios celulares. La estructura de las maderas duras o latifoliadas es más heterogénea y compleja que la de las gimnospermas.

Si a las células de la madera se les comprimiera y se les extrajera toda el agua y aire, tendría una gravedad específica de la sustancia madera de 1.54, esta es más pesada que el agua, pero en forma natural la pared celular es una compleja mezcla de celulosa y lignina, además de contener aire y agua, lo cual hace que el peso especifico de las diferentes especies varia considerablemente, de acuerdo a las características de contenido de las sustancias ya mencionadas.

La pared celular de la madera tiene características mecánicas (modulo de elasticidad y tensión, resistencia a la compresión) muy uniformes. Las propiedades mecánicas de las maderas varía de acuerdo a su estructura anatómica.

Influencia de la humedad.

Durante su vida los arboles tienen la capacidad de almacenar el agua en sus cavidades celulares de 3 formas distintas, estas se diferencian entre sí de acuerdo a la forma en que están unidas a las células. La primera es llamada agua libre, esta, está unida a los lúmenes celulares por fuerzas de capilaridad, las cuales son muy débiles y fáciles de romper, la segunda es llamada agua de saturación la cual está unida a la pared celular mediante fuerzas de vanderwaals y puentes de hidrogeno, la última es la llamada agua de constitución, sus fuerzas de unión son muy fuertes y para romperlas es necesario romper los enlaces moleculares entre los carbonos y los OH, para lo cual es necesario aplicar técnicas de pirolisis lo que destruye por completo el material. 

Cuando el árbol es derribado tiene contenidos de humedad de hasta 200%, la mayoría de esta agua es de la llamada agua libre, esta se separa de los lúmenes de forma fácil y sin gastos de energía hasta llegar al punto de saturación de la fibra (PSF) que se da usualmente en el 30%, hasta ahí la madera no sufre cambios en sus propiedades, del PSF hacia abajo es necesario aplicar secados artificiales para acelerar y controlar los cambios físicos y mecánicos que tendrá la madera.

Es de vital importancia conocer que del 30% hacia abajo, se debe tener muy en cuenta el C.H. de la madera, ya que las propiedades físico-mecánicas varían enormemente dependiendo del porcentaje con el cual se esté usando la madera. 

Contracciones he hinchamiento de la madera.

Como ya menciono anteriormente las fibras de la madera almacenan el agua de distintas formas, el agua libre ocupa los lúmenes de las fibras, por lo tanto cuando esta es desplazada la cavidad es llenada de aire lo cual no afecta el tamaño de las células, pero el agua de saturación forma parte de la pared celular, así que cuando esta comienza a perderse empiezan a ocurrir cambios dimensionales en las paredes de las fibras, cabe señalar que este es un proceso reversible la madera tiene la capacidad de perder o absorber humedad inclusive esto después de que haya sido tratada y puesta en servicio. Por esto es necesario tener en cuenta que la madera tiene que estabilizarse de acuerdo al medio ambiente para lograr una humedad en equilibrio.

En términos de cambios de volumen, la madera se contrae aproximadamente un 11% (este porcentaje varia de 7 a 14% dependiendo de la especie) desde su punto de saturación de la fibra hasta un estado completamente anhidro. Los cambios dimensionales obedecen al carácter anisotropico de la madera y estos no se dan equitativamente, el eje longitudinal es el que menores cambios presenta, alrededor de 0.3 a 0.1% de contracción (tomando en cuenta desde el PTS hasta estado anhidro). Las contracciones más grandes y significativas se dan en el eje tangencial que van alrededor de 7%, mientras que en el eje radial son de 4.5 a 5% esto dependiendo de la especie.

Contracciones he hinchamiento en la madera contrachapada.

Una de las grandes ventajas de la madera contrachapada son sus bajas perdidas de volumen por contracciones, esto debido en su mayor parte a la forma en que la madera es acomodada, teniendo en cuenta que para mitigar estos movimientos y dar una mayores estabilidad dimensional a las hojas de madera contrachapada deben de ser armadas en números nones (3 y 5 usualmente). Otra de las ventajas de este material es la forma en la que se obtiene la chapa, pues el desenrollado provoca que haya grandes cantidades de dirección radial, la cual es mucho más estable y homogénea que la tangencial.

Deformaciones de la madera aserrada.

Si las contracciones en las direcciones radial y tangencial fueran iguales, los problemas de deformaciones y distorsiones no se darían. Pero debido a que las contracciones en la dirección tangencial son mayores  a las radiales, las deformaciones se presentan en la madera aserrada una vez que esta es secada por abajo del PSF. En la fig. 2 se puede apreciar las distintas deformaciones que se pueden presentar en la madera dimensionada dependiendo de la parte del tronco de donde estas sean sacadas.

Fig. 2

Propiedades de resistencia y elasticidad.

Las propiedades de resistencia y de elasticidad dependen del contenido de humedad y de la especie. Por debajo del PSF las propiedades de resistencia y elasticidad comienzan a aumentar siendo los más altos en el estado anhidro de la madera.

Para conocer los módulos de resistencia y elasticidad de las distintas especies de madera se hacen pruebas mecánicas con una maquina universal.

Expansión térmica.

Los efectos de expansión térmica en la madera son muy pequeños con respecto a otros materiales como el concreto y los metales. En las maderas suaves (gimnospermas)  el coeficiente de expansión es de 0.0000018 por pulgada por grado Fahrenheit,  en las maderas duras es de 0.0000025.

Para dar una idea del bajo coeficiente de expansión térmica de la madera los coeficientes de expansión del aluminio es de 0.000007 y del acero 0.000013 pulgadas por grado Fahrenheit.

Conductividad térmica.

Para casos de aislamiento térmico, la madera es mejor que cualquier otro material usado en la construcción.

Propiedades eléctricas.

Las propiedades de conducción eléctrica de la madera son muy importantes en el caso de que esta sea usada como mango de herramientas o como poste para cableado eléctrico. La conducción eléctrica también es afectada por el C.H. entre más bajo sea este menor es la conductividad de la madera. Las propiedades eléctricas de la madera también son usadas en aparatos especiales que miden el contenido de humedad.