Madera: Propiedades Clave para Construcción y Diseño

La madera es el segundo material más popular en construcción, muebles, suelos y otros artículos. Aunque la piedra sigue reinando en construcción, la madera ha experimentado un auge tremendo. Aquí más datos fascinantes sobre madera y sus características mecánicas, químicas y físicas.

Color, brillo, textura, macroestructura, olor, humedad, contracción, tensiones internas, hinchazón, agrietamiento, deformación, densidad y conductividad sonido-electro-térmica son propiedades físicas fundamentales. La apariencia depende de color, brillo, textura y macroestructura.

Diferentes especies vienen en varios colores: blanco (álamo, abeto) a negro (ébano). La madera gana color de taninos, resina y pigmentos en cavidades celulares. En este artículo discutiré todas las propiedades: físicas, químicas, mecánicas, etc.

Propiedades de la madera

Principales propiedades:

• Propiedades mecánicas
• Propiedades térmicas
• Propiedades eléctricas
• Propiedades acústicas
• Características sensoriales
• Densidad y gravedad específica
• Degradación
• Higroscopicidad
• Contracción e hinchazón

Características sensoriales

Color, brillo, olor, sabor, textura, veta, figura, peso y dureza son propiedades sensoriales. Útiles para identificación u otros usos. Maderas en amplia gama de colores, mayoría tonos blanco y marrón. Otros: amarillo, verde, rojo, casi blanco puro. Variaciones visibles en una pieza por diferencias de color entre duramen, albura, madera temprana, tardía, radios, canales de resina. Blanqueo, teñido o exposición prolongada alteran color natural. Roble negro, acacia y algunas tropicales son maderas brillantes.

Algunas especies (abeto, fresno, tilo, álamo) tienen brillo natural notable en superficies radiales. Compuestos volátiles producen olor y sabor. A veces rasgos distintivos, aunque difíciles de articular. "Textura" = uniformidad de superficie (típicamente transversal). "Veta" (grain) usada indistintamente con textura: gruesa, fina, uniforme. También dirección de elementos: recta, espiral, ondulada. A veces "veta" en lugar de "figura" (veta plateada en roble). Figura = patrones/diseños naturales en superficies (normalmente radiales/tangenciales).

Peso y dureza son propiedades sensoriales en sentido diagnóstico: peso al levantar, dureza presionando con uña. Maderas ligeras y pesadas en trópicos: 80-1300 kg/m³ (balsa a guayacán). Maderas templadas típicas: 300-900 kg/m³ en seco al aire.

Densidad y gravedad específica

Gravedad específica = relación peso/masa de madera vs agua. Densidad = peso/masa por unidad de volumen. Como 1 cc agua = 1 g, densidad y gravedad específica media de abeto de Douglas son 0,45 g/cc en sistema métrico. (1 g/cc ≈ 62,4 lb/pie³). Al ser higroscópica, humedad afecta peso y volumen, dificultando determinar densidad vs otros materiales. Peso y volumen calculados en valores de humedad predeterminados para resultados comparables.

Estándares: peso seco al horno (humedad casi nula) y volumen seco al horno o verde (verde = humedad > punto saturación fibra, ~30%). Otras representaciones (peso/volumen seco al aire o madera verde) menos precisas pero aplicaciones prácticas (envío).

Higroscopicidad

En contacto con agua, la madera la absorbe como líquido o vapor del aire. Agua es el líquido/gas más significativo que absorbe. La madera siempre incluye humedad por su naturaleza higroscópica, sea en árbol vivo o material. (Agua y humedad usados indistintamente). Humedad afecta todos los aspectos, pero solo la de paredes celulares importa; la de cavidades solo añade peso.

Contracción e hinchazón

Cuando humedad varía bajo punto saturación fibra, ocurren cambios dimensionales. Hinchazón por ganancia, contracción por pérdida de humedad. Cambios anisotrópicos: difieren en direcciones axial, radial, tangencial. Valores medios contracción: ~0,4% axial, 4% radial, 8% tangencial. Pérdida volumen ~12%, con diferencias significativas entre especies. Porcentajes de dimensiones verdes (verde a seco horno). Estructura de pared celular responsable de contracción/hinchazón diferencial.

Orientación de microfibrilas en capas de pared secundaria explica diferencias entre axial y laterales (radial/tangencial), pero no por qué discrepancias entre radial y tangencial.

Degradación

Bacterias, hongos, insectos, perforadores marinos, factores ambientales, mecánicos, químicos, térmicos destruyen madera. Aspecto, estructura, composición química cambian por degradación, afectando árboles vivos, troncos, productos. Cambios: decoloración leve a transformaciones irreversibles que vuelven madera inútil. Muebles/artefactos en tumbas egipcias demuestran que madera dura siglos/milenios. Solo bajo influencia externa se deteriora/destruye.

Propiedades mecánicas

Indican capacidad de resistir fuerzas externas que alteran tamaño/forma. Resistencia depende de cantidad/método de aplicación, densidad y humedad. En dirección axial (paralela a veta), resistencia notablemente diferente a transversal (perpendicular a veta).

Resistencia a tracción y compresión (axial/transversal), cizallamiento, hendidura, dureza, flexión estática, choque (flexión por impacto y tenacidad). Tests determinan tensiones por unidad de área (límite elástico y carga máx.) y criterios: tenacidad, módulo de ruptura, módulo elasticidad (rigidez). Espécimenes pequeños, transparentes, sección 2x2 cm o 2x2 pulgadas.

Propiedades térmicas

Aunque madera se expande/contrae con temperatura, contracción/hinchazón por humedad son alteraciones dimensionales más significativas. Expansión/contracción térmica típicamente insignificante. Grietas superficiales solo <0°C (32°F); grietas por helada en árboles vivos por contracción desigual capas exterior/interior.

Comparado con metales, mármol, vidrio, hormigón: madera tiene baja conductividad térmica (alta capacidad aislamiento). Maderas claras y secas mejores aislantes; conductividad mayor en dirección axial y aumenta con densidad/humedad.

Propiedades eléctricas

Madera seca al horno = aislamiento eléctrico. Pero al subir humedad, conductividad sube; madera saturada (máx. humedad) se comporta como agua. Notable: resistencia eléctrica cae drásticamente al subir humedad de 0 a punto saturación fibra. Caída > mil millones veces en este rango, pero solo ~50 veces de saturación a máx. humedad. Resistencia apenas afectada por especie/densidad; variaciones por química de extractivos. Resistencia axial ≈ mitad de transversal.

Propiedades dieléctricas (mal conductor) también importantes. Constante dieléctrica y factor potencia: medidores eléctricos (capacidad y pérdida potencia radiofrecuencia) para medir humedad, secado madera con corriente (teórico), encolado con alta frecuencia. Polarización eléctrica (cargas opuestas en lados opuestos) bajo estrés mecánico = efecto piezoeléctrico. Contrariamente, deformación mecánica bajo campo eléctrico (cambios tamaño).

Propiedades acústicas

Madera crea sonido (golpe directo) y amplifica/desvía ondas sonoras. Material especial para instrumentos y aplicaciones acústicas. Tamaño, densidad, humedad, módulo elasticidad afectan frecuencia vibración → tono. Mayor densidad/elasticidad, menor humedad, dimensiones menores = sonidos más agudos.

Esto concluye el artículo donde se listan y explican propiedades de la madera. Espero que saques mucho provecho; si es así, comparte. ¡Gracias por leer, nos vemos!