civil

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2. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN ........................................................................................ 3 2. OBJETIVOS ................................................................................................ 4 3. MARCO TEÓRICO ..................................................................................... 5 3.1.PROPIEDADES ESTRUCTURALES .................................................... 5 i. Estructura macroscópica: ...................................................................... 5 ii.Estructura microscópica: ....................................................................... 6 iii. Estructura submicroscópica: .............................................................. 7 3.1.1.PROPIEDADES MECANICAS DE LA MADERA .............................. 9 a. Elasticidad - Deformabilidad .............................................................. 9 b. Flexibilidad ....................................................................................... 10 c. Resistencia a la Compresión ........................................................... 10 d. Flexión Estática ................................................................................ 12 3.2.ACABADOS ....................................................................................... 14 3.2.1.. ACABADOS EN MADERA ......................................................... 14 3.2.2.MANTENIMIENTO DE ACABADOS EN MADERA ....................... 16 4. CONCLUSIONES ..................................................................................... 19 5. BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................... 20 P á g i n a 2 | 20

3. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 1. INTRODUCCIÓN La Madera es un recurso natural cuya utilización en la construcción está más que demostrada. Actualmente se utiliza tanto en los países del Norte como Estados Unidos, Países Nórdicos Europeos, Japón, etc. y en países del Sur como Costa Rica, Honduras, México, Ecuador, Brasil, India, Indonesia (bambú), Bangladesh (Bambú), etc. Es un recurso natural utilizable con unas propiedades mecánicas adecuadas (idóneo a flexión) aunque siempre se ha de valorar que la deforestación no conlleve un peligro en el entorno. En la actualidad se consumen cerca de 3.500.000.000 de metros cúbicos de madera en el mundo; de ellos, aproximadamente el 53% es destinada a calefacción y cocción de alimentos. El 47% restante se destina a la construcción de viviendas, usos industriales, mobiliario, utensilios de diverso tipo y a la fabricación de papeles, cartulinas y cartones. Uno de los problemas básicos de la ingeniería es seleccionar el material más apropiado y dimensionarlo correctamente, en éste caso el material a ensayar es la madera, de manera que permita que la estructura trabaje con la mayor eficacia. Para ello, es esencial conocer las propiedades del material utilizado. El presente informe describe las propiedades estructurales y de acabado de la madera, lo cual es indispensable para la utilización en las diferentes obras civiles, ya que contribuirá con la extensión de vida y conservación de dicho material. P á g i n a 3 | 20

4. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 2. OBJETIVOS El objetivo de este informe es reconocer y determinar las propiedades estructurales y de acabado de la madera, ya que es un elemento fundamental en todo construcción civil, siendo el material más utilizado en toda la construcción. P á g i n a 4 | 20

5. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 3. MARCO TEÓRICO 3.1. PROPIEDADES ESTRUCTURALES La madera es un material natural no homogéneo, al estar constituida por las células especializadas en conducción, almacenamiento, y sostén, propias del árbol (M, 1984). Por lo tanto, tendrá un comportamiento desigual según la dirección que estemos analizando: paralela o perpendicular a las fibras. Si hacemos una aproximación sucesiva, podemos observar: i. Estructura macroscópica: A este nivel, podemos diferenciar: Según la dirección de los tres cortes efectuados, las secciones: transversal, radial y tangencial, propias del estudio de la madera, según los tres ejes. Imagen 01: Sección de corte de la madera. En un corte transversal del tronco distinguimos:  La “corteza externa” de células muertas. La “corteza interna” o liber, con circulación de savia descendente. El “cambium”, a partir de donde crece la corteza y el xilema. El “leño”, con la albura más exterior con savia ascendente, y el duramen más interior, hasta la médula central. (Martitegui) P á g i n a 5 | 20

6. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción Imagen 02: modelos estructurales de la madera En los cortes tangencial y fundamentalmente el radial podemos apreciar los radios leñosos, que son discontinuidades del tejido, perpendiculares al eje del árbol, que producen un efecto de trabazón sobre las fibras longitudinales. ii. Estructura microscópica: Coníferas: Con abundancia de células traqueidas, que tienen una forma alargada de 2 a 5 mm, y de 10 a 50 micras de diámetro (lo que significa una esbeltez de 100). Crecen en capas anulares, alrededor del eje longitudinal del árbol, en madera de primavera y madera de verano, formando los anillos de crecimiento. En la mayoría de las coníferas de nuestras latitudes, la madera de primavera suele mostrarse en anillos de mayor espesor, pero por contra a partir de células de menor grueso de pared, lo que motiva su menor densidad (obteniéndose con respecto a la madera de los anillos de verano diferencias de 1 a 3). Radialmente se estructuran las células parénquimas (radios leñosos) con misión de transporte y almacenamiento. Aunque tienen menor presencia en las coníferas, que en las frondosas, pueden dar origen a unas manchas oscuras o espejuelos. Son parcialmente responsables de la contracción de la madera. Frondosas: Las células son de mayor espesor y menor luz interior, con una longitud de 1 mm. Las diferencias entre la madera de verano y de P á g i n a 6 | 20

7. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción primavera son menos acusadas. Esta madera tiene vasos interiores o conductos de cierta entidad. Los radios leñosos son de mayor tamaño en comparación con los de las coníferas. Imagen 03: Estructura microscópica de la madera iii. Estructura submicroscópica: Las paredes celulares están constituidas por celulosa, o moléculas de glucosa encadenadas, embebida en una matriz de grandes células amorfas de lignina, formando un conjunto de sección hueca y ligero de peso, que permite el transporte de substancias. Estas estructuras tubulares son altamente eficaces, y pueden trabajar bien a compresión, zunchándose entre sí con las capas vecinas, reduciendo su posible pandeo individual. El 75% de la masa total es celulosa, con una resistencia nominal a tracción de 1.000 N/mm2, y que funciona como una armadura helicoidal del aglomerante lignina, que tiene una resistencia a compresión de 240 N/mm2. (Domínguez) P á g i n a 7 | 20

8. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción a) Peso Específico Es la relación entre el material leñoso y su volumen, tiene un valor aproximado de 1.5 gr/ cm3, que es prácticamente para todas las especies. b) Contenido de Humedad (W) w = (Pi - Po) x 100 (%) Po Donde: w = Contenido de Humedad, % Pi = Peso inicial, gr. Po = Peso en estado seco, gr. El grado de humedad de la madera es uno de los factores que más han de tenerse en cuenta en el momento de utilizarla, en un principio la madera contiene: Agua de constitución, parte integrante de la materia leñosa. Agua de saturación, retenidas por las membranas o paredes de la materia leñosa. Agua libre, que llena las fibras leñosas; desaparece después del apeo o corte del árbol. Según el grado de humedad, la madera cambia de volumen. Cuando pierde agua se contrae más en la albura que en el corazón, originando tensiones que alabean, esto es, curvan, y agrieten la madera. P á g i n a 8 | 20

9. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción A su vez, cuando la madera absorbe humedad se produce un hinchamiento. Estas variaciones son muy importantes hay que tenerlas en cuenta al colocar los elementos de madera en obra. c) La Densidad La densidad real de las paredes celulares es constante para todas las especies, siendo de 1500 Kg/m3. Por ello, la diferencia de densidades aparentes de las diversas especies, es debida a una mayor o menor proporción de huecos interiores. La humedad también influye en la densidad. El incremento de agua libre en el interior de las células aumenta lógicamente el peso. Por ello las densidades se toman como referencia siempre al 12% de humedad de la madera. Los ensayos son a 20ºC y al 65% H relativa del ambiente. Como ejemplos: 300 kgs/m3 madera de balsa 500 kgs/m3 coníferas 1200 kgs/m3 guayacán 650 s/m3 frondosas 3.1.1. PROPIEDADES MECANICAS DE LA MADERA a. Elasticidad - Deformabilidad Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de Hooke, o sea, que las deformaciones son proporcionales a la las tensiones. Cuando se sobrepasa el límite de proporcionalidad la madera se comporta como un cuerpo plástico y se produce una deformación permanente. Al seguir aumentando la carga, se produce la rotura. El valor del módulo de elasticidad E en el sentido transversal a las fibras será de 4000 a 5000 Kg / cm.2 El valor del módulo de elasticidad E en el sentido de las fibras será de 80.000 a 180.000 Kg / cm.2 P á g i n a 9 | 20

10. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción b. Flexibilidad Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse. Si son elásticas recuperan su forma primitiva cuando cesa la fuerza que las ha deformado. La madera presenta especial aptitud para sobrepasar su límite de elasticidad por flexión sin que se produzca rotura inmediata, siendo esta una propiedad que la hace útil para la curvatura (muebles, ruedas, cerchas, instrumentos musicales, etc.). La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación. La flexibilidad se facilita calentando la cara interna de la pieza (produciéndose contracción de las fibras interiores) y, humedeciendo con agua la cara externa (produciéndose un alargamiento de las fibras exteriores) La operación debe realizarse lentamente. Actualmente esta propiedad se incrementa, sometiéndola a tratamientos de vapor. Maderas flexibles: Fresno, olmo, abeto, pino. Maderas no flexibles: Encina, arce, maderas duras en general. c. Resistencia a la Compresión La madera, en la dirección de las fibras, resiste menos a compresión que a tracción, siendo la relación del orden de 0,50, aunque variando de una especie a otra de 0,25 a 0,75. La resistencia a compresión de la madera disminuye al aumentar la humedad hasta una humedad del 30%, con humedades mayores la resistencia no disminuye. En la dirección axial la madera es más resistente a tracción que a compresión. Si el esfuerzo de tracción es P á g i n a 10 | 20

11. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción paralelo a la dirección de las fibras, estas resisten más que si es perpendicular a ellas. La resistencia unitaria será la carga dividida por el área de la probeta f`c = P/A Factores que influyen en la Resistencia a la Compresión Inclinación de fibras.- El efecto de reducción de la resistencia por la misma es bastante menor que en tracción. Densidad.- Existe una relación lineal, pudiéndose considerar que a mas densidad más resistencia. Humedad.- La influencia es prácticamente nula por encima del punto de saturación de las fibras y aumenta a partir de dicho punto, al disminuir la humedad. Entre el 8 y el 18% de humedad, se considera que la variación es lineal. Nudos.- Su influencia es menor que en la tracción. Constitución química.- Las maderas con mayor cantidad de lignina, como las tropicales, resisten mejor a la compresión. Las bolsas de resinas no tienen influencia, pero como hacen aumentar el peso específico hace que baje la cota de calidad. P á g i n a 11 | 20

12. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción d. Flexión Estática El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga apoyada por los extremos y con una carga central. En este tipo de esfuerzo, la parte superior trabaja a compresión y la inferior a tracción. La distribución de tensiones en el plano, donde el momento flector es máximo, empieza por tener una distribución bitriangular con el vértice común en la línea neutra. Pero la madera resiste menos a compresión que a flexión, incluso el Módulo Elástico. A tracción es algo superior al de compresión. Debido a esto, al pasar las tensiones al límite elástico a la compresión, aumenta la deformabilidad en las capas superiores, la curva de distribución de tensiones toma una fórmula parabólica, el eje neutro se desplaza hacia abajo haciendo aumentar las deformaciones y rompiéndose la pieza, finalmente, por tracción. Influencias que afectan a la Resistencia a la Flexión Inclinación de la fibra: Es muy similar a la de la resistencia a la tracción. La disminución de resistencia a flexión y tracción se hace apreciable a partir de una inclinación de 1/25, mientras en compresión lo es a partir de 1/10, y en el corte apenas si tiene influencia. Peso específico: Existe una relación lineal entre resistencia a la flexión y densidad. En los casos de no seguir esta relación se deben a maderas con contenido de resinas elevado. Contenido de humedad: La resistencia a la flexión tiene un máximo para un grado de humedad del 5%, disminuyendo la resistencia desde dicha humedad hasta el P.S.F. La variación entre el 8 y el 15% se puede considerar lineal Temperatura: La resistencia a la flexión decrece al aumentar la temperatura; este crecimiento es mayor al aumentar la humedad. P á g i n a 12 | 20

13. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción Nudos y fendas: La influencia de los nudos varía según su posición: es mayor cuanto mayor sea el momento flector; y tiene más influencia si está en la zona fraccionada que en la de compresión. Fatiga: La resistencia a la flexión disminuye al aumentar el tiempo de carga, reduciéndose, al cabo de los años, en porcentajes del 50 al 75% respecto a la resistencia en un ensayo normal de flexión estática. Siendo M el momento flector y δ el módulo resistente a la flexión. El valor máximo de M es igual a: PL M  4 Siendo P la fuerza aplicada y L la distancia entre apoyos, es decir L=2a. En nuestro ensayo el valor de L= 18cm. El valor del módulo resistente a la flexión es igual a: 3 bh 2 I bh 12 h     6 C 2 Siendo b el ancho de la sección transversal de la probeta y h su altura respectiva. PROBETA 2 17,5 5 2,5 P á g i n a 13 | 20

14. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 3.2. ACABADOS 3.2.1. . ACABADOS EN MADERA Hay varios tipos de acabados en madera. Algunos de los modelos que puedes elegir son: tinturas claras, tinturas sólidas, y pintura y barnices naturales. La elección del acabado se basa enteramente en tus preferencias personales. Son relativamente fáciles de aplicar, pero no siempre tan fáciles de quitar. Usa un trozo de madera hecha del mismo tipo, y aplica tu opción de acabado en ella. Esto te dará una idea visual de cómo se verá tu proyecto. Imagen 04: Acabado en madera Tinturas claras Las tinturas claras, cuando las apliques, aún te permitirán ver las vetas de la madera. Puedes usar un pincel o un trapo para aplicar este tipo de tinte. Cepilla la tintura y usa un trapo para limpiar el exceso. También puedes simplemente sumergir un trapo en la tintura y pasarlo sobre la madera. Después de haber puesto la tintura en la madera tendrás que aplicar un acabado de poliuretano. Lo mejor es permitir que la tintura se seque durante la noche antes de aplicar esta capa. Usar este material sellará y protegerá la madera de la posibilidad de dañarse por agua. (Forestal, 2008) P á g i n a 14 | 20

15. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción Tinturas opacas Las tinturas sólidas no son opacas. Esto significa que no puedes ver las vetas de la madera a través de la tintura a menos que la madera tenga muchas vetas. Un tipo particular de madera fuertemente veteada es la de roble. Las tinturas sólidas se aplican de la misma manera que las tinturas claras, y se le debe aplicar también poliuretano cuando se utiliza en muebles o detalles interiores. La gente a menudo elige estas tinturas sólidas para su uso en el embellecimiento de madera cedro de exteriores y para revestimiento. Pintura Los dos tipos básicos de pintura utilizados para terminar la madera son látex y aceite. Las pinturas de látex son a base de agua y se limpian con agua, las pinturas al óleo son a base de aceite y se limpian con diluyente de pintura o alcohol mineral. Éstas últimas se utilizan mejor en muebles y adornos. Son más fuertes que el látex, y soportará más el uso y el desgaste. La pintura de látex es mejor para la pintura de superficies de madera en el exterior de tu casa. Debes utilizar una imprimación de látex o de aceite antes de utilizar cualquiera de las pinturas. Acabado natural No tienes que usar tintura o pintura para hacer el acabado de tu madera. Algunas personas prefieren el aspecto de madera natural sin añadir color a la misma. Para obtener un acabado natural sólo tienes que utilizar un sellador de madera de poliuretano. Este revestimiento de madera no va a alterar el color, sino que lo va a preservar. Debes aplicar dos capas y lijar entre cada capa. La primera aplicación de una capa transparente aumentará las vetas de la madera. Las vetas de madera aumentadas son ásperas al tacto, pero se volverán suaves después de que las lijes. Limpia el exceso de polvo de lijado antes de aplicar una segunda capa. Los recubrimientos transparentes son aplicados con brocha o rociados. P á g i n a 15 | 20

16. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción Barniz El barniz es un acabado muy fuerte para cualquier proyecto de madera. Es resistente al tiempo y a productos químicos. Con el barniz no hay necesidad de utilizar un acabado protector con poliuretano, es tintura y sellador en un solo producto. Su madera tiene que ser lijada y estar libre de polvo para obtener un acabado fino. Es necesario aplicar al menos un mínimo de dos capas de barniz, y lijar con una lija de grano fino entre capas. El barniz es mejor aplicarlo con un cepillo o trapo. Imagen 05: Barnizado de un mueble. 3.2.2. MANTENIMIENTO DE ACABADOS EN MADERA Además de la pintura y el resanado, comunes a cualquier edificación, el mantenimiento y reparación en edificaciones de madera resulta fácil y permite la sustitución de elementos y componentes eventualmente dañados por problemas de filtración, condensación, ataque de hongos e insectos y modificaciones de forma y tamaño de las habitaciones. Para el mantenimiento sea mínimo y poco costoso es necesario tomar las precauciones del caso desde la etapa de diseño, fabricación y construcción, eligiendo sobre todo, acabados de buena calidad que protejan y hagan durable a la edificación. P á g i n a 16 | 20

17. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción A continuación se señalan algunos criterios que deben ser contemplados durante la aplicación de acabados y mantenimiento: La superficie de la madera puede cubrirse con materiales y otras sustancias para facilitar su limpieza y protegerla de la erosión por intemperismo y del desgaste por el uso. Debe tenerse en cuenta que el acabado sobre la madera, al obstruir sus poros, evita la entrada de esporas de hongos y además que los insectos depositen sus huevos en ella. Otra razones para pintar la madera, son las de retardar los cambios de humedad, la combustión por el fuego o simplemente, para aumentar la reflexión de la luz en las habitaciones oscuras. El acabado de la madera puede ser dado con pinturas y esmaltes opacos, que ocultan su grano y color; con barnices, lacas, aceites y ceras transparentes que mejoran su apariencia o con tintes y colorantes que alteran su color pero no mejoran su brillo y textura los cuales dependen del tipo de madera. La elección de uno u otro acabado depende principalmente de los costos y las pasibilidades de mantenimiento. En el interior de la vivienda lo más económico es aplicar tres capas de emulsión a todas las paredes y cielo rasos. En cocinas y baños se requiere pintura lavable mate o brillante. En exteriores las pinturas son más resistentes que los barnices y se recomienda que sean de tipo esmalte o hidrófugas. Los materiales de cavado deben ser de buena calidad y deben aplicarse en maderas limpias y secas. Después de la primera capa, los agujeros de clavos, grietas y otros defectos deben ser tapados con masilla u otro sellador apropiado. Las piezas de madera usadas exteriormente y en especial los extremos o cabezas de las mismas, deben estar protegidas con materiales que repelen el agua, particularmente en las juntas y ensambles. Una casa bien construida y con materiales adecuados requiere mucho menor mantenimiento que una casa mal construida y con materiales de P á g i n a 17 | 20

18. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción baja calidad. El mayor costo inicial se justifica con el menor gasto futuro en la conservación de la vivienda. Algo de reparación puede esperarse en el primer año. Por ejemplo en el acabado de las paredes interiores pueden aparecer grietas y alguna de las puertas puede atascarse. Esto suele ocurrir luego que la madera alcanza un contenido de humedad que está en equilibrio con el medio ambiente o luego que los elementos estructurales se deforman una vez cargados en forma permanente. El usuario de la edificación debe desarrollar un continuo plan de mantenimiento y reparación a través de los años. Por ejemplo: a) Revisar que las aberturas de ventilación debajo de un piso de madera elevado, aleros y tímpanos no estén obstruidas por plantas, objetos depositados, basura, etc. o que la malla mosquitero no esté rota. b) Revisar los sistemas de evacuación de agua de lluvias como rotura o grietas en el material de cubierta, obstrucción o rotura del canal de recolección y tubo bajante. Eficiencia de las zanjas de drenaje. c) Limpieza constante de los elementos de madera, pisos, muros, estanterías y otros muebles fijos. d) Inspección de zonas humedecidas permanentemente buscando la fuente. e) Revisión de los sistemas de agua y desagüe para detectar fugas de agua, humedecimiento, condensación y vibraciones. f) Mantener los sistemas de control del ataque de termites subterráneos, mediante una renovación del envenenamiento del suelo alrededor de los cimientos, limpieza de los escudos metálicos y posibles rutas de acceso, así como eliminación de restos de materiales lignocelulósicos posibles de convertirse en foco de infección. (REFORD) P á g i n a 18 | 20

19. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 4. CONCLUSIONES  En una obra la madera se utiliza principalmente en encofrados donde vaciamos el concreto dando una forma lisa, y manteniendo a este en su lugar para su endurecimiento, también toques finales como marcos, puertas, closets y pisos, siendo especial en contextura y en lo estético.  Es utilizado como material para acabados, mostrando así mucho más naturalidad en la obra concluida.  Este material es uno de los más utilizado del sistema constructivo. Gracias, a la gran variedad de ella que podemos encontrar en el país, y las diferentes características que ella posee, es lo que la hace estar un lugar privilegiado dentro del rubro de la construcción, ya sea en obra gruesa, terminaciones, o como ornamento Además debemos considerar que el costo que tiene este producto en el mercado, tiene directa relación con tipo de madera y su utilización. P á g i n a 19 | 20

20. Propiedades estructurales y de acabados de la madera Materiales de construcción 5. BIBLIOGRAFÍA  Domínguez, J. G. (s.f.). Materiales de Construcción . Monterrey .  Forestal, K. R. (2008). Acabados . Costa Rica .  M, I. A. (1984). Materiales de construcción . Lima - Perú .  Martitegui, F. A. (s.f.). Estructuras de maderas.  REFORD, P. . (s.f.). Manuel de diseño para madera del Grupo Andino . P á g i n a 20 | 20