Objetivos Docentes: Tema 10: Maderas y materiales vegetales.

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1 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 ARQUITECTURA Curso Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola Objetivos Docentes: Conocer la estructura y propiedades de la madera, procesos de obtención y conversión, normativa, designación y aplicaciones como material de construcción. Conocer los productos y derivados de las maderas y otros productos de origen vegetal que se utilizan como materiales de construcción.

2 La madera Es el conjunto de tejidos que forman el tronco, las raíces y las ramas de los árboles, excluida la corteza. Es un material no homogéneo y con comportamiento anisótropo, compuesto por fibras vegetales (celulosa). Tiene baja densidad y conductividad térmica, buen comportamiento acústico y mecánico. Es fácil de trabajar y conformar por corte y labra. Por otra parte, es combustible, de volumen inestable y atacable por insectos y ataques orgánicos (putrefacción) Hay muchas aplicaciones en construcción, en secciones macizas 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 tronco que transportan la savia. Células de sostén: son pequeñas y alargadas. Forman las fibras que proporcionan resistencia. Células de nutrición: almacena los nutrientes. Forman radios medulares (perpendiculares al tronco)

3 Macroestructura de la madera El crecimiento de la madera se produce de dentro a afuera (el exterior es más joven que el núcleo). La parte exterior se denomina albura (más blanda) y la interior duramen (madera madura). Se distinguen tres estructuras diferenciadas: Fibras: conjunto de células de sostén orientadas en la dirección del eje. Radios: Conjuntos de células de nutrición, orientadas perpendiculares al eje. Anillos de crecimiento: estructuras anulares respecto al eje debidas al crecimiento del árbol. Estructura de la madera

4 Anisotropía de la madera Debido a su estructura fibrosa, las propiedades físicas y mecánicas de la madera no son isótropas. La dirección considerada condiciona las características y 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. Tangencial Axial Radial Humedad de la madera El contenido de humedad de la madera en estado natural es alto ( %, 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. Su eliminación no produce variaciones de las propiedades. En el procesado de la madera se elimina una gran parte del agua, alcanzándose las características definitivas.

5 Parámetros hídricos de la madera La madera tiende a equilibrar su humedad con la del ambiente. En este proceso, se producen cambios en las dimensiones del material (higroscopicidad). Se distinguen tres: Contenido de humedad de la madera (CH): relación peso de agua/ peso de la madera (%). Punto de saturación de las fibras (PSF): Contenido de humedad 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/cm 3, flotabilidad). Higroscopicidad: Desde seca hasta PSF aumenta de volumen (dirección radial y tangencial 5-10 %). Conductividad térmica y eléctrica: Secas, tienen un bajo coeficiente de conductividad (Dieléctricas). Dilatación térmica: Es muy baja. Reacción al fuego: Es un material combustible. Aislamiento acústico: En secciones macizas, aíslan el ruido por reflexión (absorción acústica 10 %). (Los compuestos de fibras absorben hasta el 90 %.)

6 Propiedades mecánicas de la madera Rigidez: Tiene bajo módulo de elasticidad ( dirección de la fibra 10 GPa, dirección perpendicular 5 GPa). Resistencia: Alta a compresión y flexión en el eje de la fibra y baja en la dirección perpendicular y a cortante. Fluencia: La madera bajo carga aumenta su deformación con el tiempo (tensiones > 40 % de Rest.) Dureza y hendibilidad: Resistencia a la penetración y talla. Se clasifican en blandas, semiduras y duras. Fatiga: Sufre fractura a fatiga frente a acciones cíclicas por encima del % de la Resistencia. Propiedades mecánicas de la madera Ensayo a flexión

7 Durabilidad y protección de la madera Como material orgánico puede deteriorarse por ataque de diferentes agentes: Abióticos: Son agentes ambientales (no son seres vivos) Fuego Humedad Radiación 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 Se distinguen varias fases: Corta: Talado del árbol. Trabajo de la madera Transporte y almacenamiento Procesado: Despiece y transformación del material. Tratamiento superficial y de acabado: productos para aplicaciones vistas (teñido, barnizado, encerado) Mecanizado de Uniones: para algunas aplicaciones se requieren soluciones de unión de las diferentes piezas. (ensambles, empalmes, acoplamientos, pletinas, adhesivos )

8 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 para evitar daños por agentes externos y mejorar su acabado. Secado: Modificación de la humedad del material hasta que alcance el equilibrio con el ambiente (CHE). Se puede realizar de manera natural (al aire) o acelerado (en hornos, según cédulas de secado). Mecanizado: conformación de productos.

9 Secado de la madera Horno de secado Cortes de la madera

10 Uniones de madera Uniones de madera

11 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

12 Defectos de la madera Defectos naturales de la madera

13 Clasificación de la madera La calidad de la madera maciza se evalúa en función de los defectos que tiene. Las maderas se clasifican de acuerdo con su resistencia real (resistencia teórica reducida por los defectos). Para aplicaciones estructurales se distinguen 4 clases resistentes (UNE-EN 338). Para cada combinación de especie y calidad existe una clasificación resistente. La clasificación puede ser visual (defectos) o mediante ensayos normalizados de caracterización. Productos y derivados de la madera Productos estructurales: Secciones escuadradas macizas o de madera laminada. Productos de carpintería: puertas, ventanas, cercos, Tableros: Macizos y derivados (de partículas, de virutas, de fibras, contrachapados, fenólicos, ) Paneles laminados: Constituidos por láminas de madera y de otros materiales (sándwich), para cerramientos y particiones. Productos para revestimiento: Para interior y exterior. Productos para pavimentos: Parquet, tarima sobre rastreles y flotante,

14 Aplicaciones estructurales de la madera Madera laminada

15 Madera laminada Madera laminada (Efecto del fuego) (V. P. Silva 2006)

16 Tipos de tableros Viguetas prefabricadas de Madera laminada

17 Tableros de madera maciza Tableros y paneles de madera

18 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 madera UNE-EN (S1/2+/3/4) Productos aislantes derivados de madera: Lana de madera (WW) UNE EN y fibra de madera UNE EN (WF) Madera laminada encolada UNE-EN (S1) Madera estructural con sección rectangular UNE-EN (S2+) Elementos estructurales (Conectores para elementos de madera) Suelos de madera (parquet y tarima) UNE EN (S 3/4) Distintivos de calidad: Sellos AITIM.

19 Otros productos de origen vegetal Corcho: Se obtiene del alcornoque. Tiene muy baja densidad y conductividad térmica. Caucho: Se obtiene por coagulación de resinas de algunos árboles tropicales. Tiene un comportamiento elastomérico. (Actualmente se utilizan cauchos sintéticos) Fibras vegetales: Utilizadas como refuerzo de materiales compuestos o para tejer (telas). Linóleo: Tela fuerte e impermeable compuesta por un tejido impregnado con aceite de linaza y corcho prensado. 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.

20 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 Doran, D. K.; Construction materials reference book, Ed. Butterworth, Guindeo, A. y otros; Especies de madera para carpintería, construcción y mobiliario, AITIM, Hornbostel, C.; Materiales para construcción. Tipos, usos y aplicaciones, Ed. Limusa Wiley, (AITIM)