Tecnlogia de los materiales-maderas:

FACULTAD DE INGENIERÍA
Carrera de Ingeniería Civil
LA MADERA COMO MATERIAL DE
CONSTRUCCION

INTRODUCCIÓN
La madera es un material complejo, con unas propiedades y
características que dependen no sólo de su composición sino
de su constitución (o de la manera en que están colocados u
orientados los diversos elementos que la forman).
En primer lugar se ha de recordar que la madera no es un
material de construcción, fabricado a propósito por el
hombre, sino que es un material obtenido del tronco y las
ramas de los árboles.
Será interesante recordar algunos conceptos respecto a la
composición, microestructura y sobre todo la
macroestructura de la madera.

HISTORIA DE LA MADERA
 La madera fue el primer material de construcción de que
dispuso el hombre. Además de usarla como combustible
y como arma defensiva, la cabaña con estructura de
madera y cubierta de ramas le proporcionó una defensa
contra la intemperie. Luego la emplearía en la
construcción de puentes y barcos.
 La técnica de laminación relacionada con el uso
decorativo de la madera es conocida por los egipcios
desde el 3000 a. de C. Su carencia de maderas de
calidad les llevaba a técnicas de enchapado y
marquetería.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES DE LA MADERA
 Resistencia a tensión superior a la de
compresión.
 Material natural.
 El material es fuertemente anisotrópico.
 Poca durabilidad en ambientes agresivos
 Susceptibilidad al fuego.
 Dimensiones y formas geométricas disponibles
son limitadas.

Otras Características de la madera:
.- Ser Higroscópica:
Significa que la madera tiene la capacidad de captar y liberar
agua. Si la madera seca se lleva a un ambiente húmedo esta
absorberá agua (humedad). Y si el ambiente es más seco la
madera perderá agua. Esta propiedad es la responsable de los
cambios dimensionales de la madera.
.- Ser Biodegradable:
Esto significa que la madera se puede degradar. Este
mecanismo lo efectúan los microorganismos como bacterias,
hongos, mohos y otros. Al degradar la madera la convierten en
abono para la tierra y ser útil para otros vegetales.

COMPOSICIÓN
Es una sustancia fibrosa, organizada, esencialmente heterogénea,
producida por un organismo vivo que es el árbol.
Sus propiedades y posibilidades de empleo son, en definitiva, la
consecuencia de los caracteres, organización y composición química
de las células que la constituyen.
El origen vegetal de la madera, hace de ella un material con unas
características peculiares que la diferencia de otros de origen
mineral.
Elementos orgánicos de que se componen:
− Celulosa: 40−50%
− Lignina: 25−30%
− Hemicelulosa: 20−25% (Hidratos de carbono)
− Resina, tanino, grasas: % restante.

ESTRUCTURA MACROSCÓPICA − Albura: Se encuentra en la parte
externa del tronco, bajo la corteza.
Constituida por tejidos jóvenes en
período de crecimiento (zona viva). De
coloración más clara que el duramen,
más porosa y más ligera, con mayor
riesgo frente a los ataques bióticos.
− Cambium: Capa existente entre la
albura y la corteza, constituye la base del
crecimiento en especial del tronco,
generando dos tipos de células:
Hacia el interior: Madera (albura)
Hacia el exterior: Liber
- Liber: Parte interna de la corteza. Es
filamentosa y poco resistente. Madera
embrionaria viva.
− Corteza:
Capa exterior del tronco. Tejido
impermeable que recubre el liber y
protege al árbol.
− Médula: Parte central del árbol.
Tiene un diámetro muy pequeño.
− Duramen: Madera de la parte
interior del tronco. Constituido por
tejidos que han llegado a su máximo
desarrollo y resistencia De coloración,
a veces, más oscura que la exterior.
Madera adulta y compacta. Es
aprovechable.

Tecnlogia de los materiales-maderas:

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DE LA MADERA
La heterogeneidad de la madera será, en parte, la causa de
sus propiedades. Se puede considerar la madera como un
conjunto de células alargadas en forma de tubos, paralelos al
eje del árbol, muy variables, tanto en longitud y forma, como
en el espesor de sus paredes y en las dimensiones interiores.
La variedad de tipos de células y la forma de unirse, definen la
infinidad de especies diferentes de madera que existen. Todo
ello hace de la madera un material resistente y ligero, que
puede competir favorablemente con otros materiales
utilizados en la construcción.

El grano es la dirección que tienen los distintos elementos
anatómicos respecto al eje del tronco, e influirá en las propiedades
mecánicas de la madera y en la facilidad de trabajar con ella. Según la
dirección de los elementos anatómicos podemos diferenciar distintos
tipos de grano como:
 Grano recto: los elementos se sitúan paralelos al eje del árbol. La
madera con este tipo de grano presenta buena resistencia mecánica y
facilidad de trabajo.
 Grano inclinado: Los elementos forman ahora un cierto ángulo con
el eje del árbol, y ahora la madera tendrá peor resistencia mecánica y
mayor dificultad de trabajo.
 Grano entrecruzado: Los elementos también se disponen formando
un ángulo con respecto al eje, pero ahora en cada anillo es en forma
opuesta a como se encontraban en el anillo anterior. Las maderas de
este tipo presentan dificultades para su trabajo.
 Grano irregular: Los elementos se disponen de forma irregular,
siendo este tipo de grano el que se encuentra en los nudos,
ramificaciones del tronco, zonas heridas, etc.

PROPIEDADES FÍSICAS.
Anisotropía:
Dado que la madera es un material formado por fibras
orientadas en una misma dirección, es un material anisótropo,
es decir, que ciertas propiedades físicas y mecánicas no son las
mismas en todas las direcciones que pasan por un punto
determinado, si no que varían en función de la dirección en la
que se aplique el esfuerzo.

Se consideran tres direcciones principales con
características propias:
− Dirección axial: Paralela a las fibras y por tanto al eje del
árbol. En esta dirección es donde la madera presenta
mejores propiedades.
− Dirección radial: Perpendicular al axial, corta el eje del
árbol en el plano transversal y es normal a los anillos de
crecimiento aparecidos en la sección recta.
− Dirección tangencial: Localizada también en la sección
transversal pero tangente a los anillos de crecimiento o
también, normal a la dirección radial.

N.T.E. 010
Madera Estructural o Madera para
estructuras.
Es aquella que cumple con la norma NTP
251.104, con características mecánicas aptas
para resistir cargas.

LA HUMEDAD DE LA MADERA
presencia de agua definición contenido
•lúmenes celulares
•pared celular
CH = masa agua
Masa anhidra
Masa de agua
masa inicial madera –
masa madera anhidra
CH= ((Pg – P0) x 100%)
P0
Pg=Masa madera húmeda
P0=Masa madera anhidra

PROPIEDADES FÍSICAS
es la cantidad de agua que tiene la madera en su
estructura
•Humedad:
Cuando la madera húmeda comienza a secarse va perdiendo peso
y se contrae hasta un límite en el que no puede disminuir más su
grado de humedad.
Si se desea eliminar todo el contenido posible de agua, es
necesario llevar a cabo un secado en laboratorio, que se basa en
someter la madera a una temperatura de 105ºC hasta que ésta
alcance un peso constante.
FORMA DE HALLAR LA HUMEDAD

Cuadro de estado de la madera según el % de humedad.
 Madera empapada:
Hasta un 150% de humedad aproximadamente (sumergida en agua)
 Madera verde:
Hasta un 70% de humedad (madera en pie o cortada en monte)
 Madera saturada:
30% de humedad (sin agua libre, coincide con P.S.F.)
 Madera semi-seca:
Del 30% al 23% de humedad (madera aserrada)
 Madera comercialmente seca:
Del 23% al 18% (durante su estancia en el aire)
 Madera secada al aire:
Del 18% al 13%
 Madera desecada (muy seca):
Menos del 13% (secado natural o en clima seco)
 Madera anhídrida:
0% (en estufa a 103° C)

Para las obras, la guía de humedad que debe de tener la
madera según la naturaleza de la obra, es la siguiente:
 Obras hidráulicas: 30% de humedad (contacto en agua)
 Túneles y galerías: de un 25% a un 30% de humedad
(medios muy húmedos)
 Andamios, encofrados y cimbras: 18% al 25% de humedad
(expuestos a la humedad)
 En obras cubiertas abiertas: 16% a 20% de humedad.
 En obras cubiertas cerradas: 13% a 17% de humedad.
 En locales cerrados y calentados: 12% al 14% de humedad
 En locales con calefacción continua: 10% al 12% de humedad.

CONCEPTOS RELACIONADOS A LA HUMEDAD DE LA MADERA
humedad máximo (CH max.). Punto de Saturación de las Fibras PSF
material higroscópico
Perdida de humedad
28% - 30% como promedio.
Saturación de agua

Contenido de humedad máximo CHmax y punto de saturación de las
fibras PSF en la madera
Especie Chmax (%) PSF (%)
pino radiata 171 28,0
renoval canelo 196 28,8
renoval rauli 113 27,5
aromo australiano 101 26, 6
eucalipto juvenil 149 31,6
álamo 219 27,6
coigüe 133 23,8
tepa 166 25,2

•DENSIDAD:
•La densidad real de las maderas es igual para todas las especies,
aproximadamente 1.56.
•La densidad aparente varía no solo de unas especies a otras, sino
aún en la misma con el grado de humedad y sitio del árbol, y para
hallar la densidad media de un árbol hay que sacar probetas de
varios sitios.
•NOTA: Como la densidad aparente comprende el volumen de los
huecos y los macizos, cuanto mayor sea la densidad aparente de
una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes
y menor el de sus poros.
•
Las maderas se clasifican por su densidad aparente en:
- Pesadas, si es mayor de 0.8.
- Ligeras, si está comprendida entre 0.5 y 0.7.
- Muy ligeras, las menores de 0.5.

La densidad aparente (Kg/dm3) de las
maderas mas corrientes, secadas al aire, son:
Pino Común 0.32 – 0.76
Pino Negro 0.38 – 0.74
Pino- tea 0.83 – 0.85
Albeto 0.32 – 0.62
Pinabete 0.37 –0.75
Alerce 0.44 – 0.80
Roble 0.71 – 1.07
Encina 0.95 – 1.20
Haya 0.60 – 0.90
Álamo 0.45 – 0.70
Olmo 0.56 – 0.82
Nogal 0.60 – 0.81

DENSIDAD BÁSICA
 Relación entre la masa anhidra de una pieza
de madera y su volumen verde. Se expresa en
g/cm3.
GRUPO DENSIDAD BÁSICA
(g/cm3)
A > =0.71
B 0.56 A 0.70
C 0.40 A 0.55

ELASTICIDAD - DEFORMABILIDAD
• Bajo cargas pequeñas, la madera se deforma de acuerdo con la ley de
Hooke.
• Es la propiedad que tienen algunas maderas de poder ser dobladas o ser
curvadas en su sentido longitudinal, sin romperse.
La manera de medir deformaciones es a través de un módulo de
elasticidad.
E = s * e

FLEXIBILIDAD
La madera verde, joven, húmeda o calentada, es más flexible que
la seca o vieja y tiene mayor límite de deformación.
Maderas flexibles: Fresno, pino.
Maderas no flexibles: Maderas duras en general.

DUREZA
• Es una característica que depende de la cohesión de las fibras y de su
estructura.
• Se manifiesta en la dificultad que pone la madera de ser penetrada por otros
cuerpos o a ser trabajada.
• La dureza depende de la especie, de la zona del tronco, de la edad.
En general suele coincidir que las más duras son las más pesadas.
Las maderas verdes son más blandas que las secas. Las maderas
fibrosas son más duras. Las maderas más ricas en vasos son más
blandas. Las maderas mas duras se pulen mejor

CORTADURA
• Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza
que tiende a desgajar o cortar la madera en dos partes
cuando la dirección del esfuerzo es perpendicular a la
dirección de las fibras.
Si la fuerza es máxima en sentido perpendicular a las fibras será
cortadura y si es mínima en sentido paralelo a las mismas será
desgarramiento o hendibilidad.

HENDIBILIDAD
• Es la resistencia ofrecida frente a la acción de una fuerza que tiende
a desgajar o cortar la madera en dos partes cuando la dirección de
los esfuerzos es paralela a la dirección de las fibras.
La madera tiene cierta facilidad para hendirse o separarse en
el sentido de las fibras.
DESGASTE
• Las maderas sometidas a un rozamiento o a una erosión, experimentan
una pérdida de materia.
La resistencia al desgaste es importante en las secciones
Perpendiculares a la dirección de las fibras, menor en las
tangenciales y muy pequeña en las radiales.
RESISTENCIA AL CHOQUE
• Nos indica el comportamiento de la madera al ser sometida a un impacto.
En la resistencia al choque influyen: el tipo de madera, el
tamaño de la pieza, la dirección del impacto con relación
a la dirección de las fibras, la densidad y la humedad de
la madera, entre otros.

RESISTENCIA A LA TRACCIÓN
• La madera es un material muy indicado para trabajar a tracción, viéndose
limitado su uso únicamente por la dificultad de transmitir estos esfuerzos a las
piezas.
La resistencia de la madera a la tracción en la dirección de
las fibras, se debe a las moléculas de celulosa que constituye,
en parte, la pared celular.
FACTORES QUE AFECTAN A LA RESISTENCIA
A LA TRACCIÓN
Humedad Temperatura Nudos Inclinación de
la fibra

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 unitaria será la carga dividida por la sección de la
probeta, C = P/A.
Inclinación de fibras
Densidad
Humedad
Nudos
Constitución Química

FLEXIÓN ESTÁTICA
• El ensayo de flexión estática se suele realizar, como el de una viga apoyada
por los extremos y con una carga central.
INFLUENCIAS
QUE
AFECTAN A LA
RESISTENCIA A LA
FLEXIÓN
Inclinación de fibra
Peso específico
Contenido de humedad
Temperatura
Nudos y fendas
Fatiga
sf= 3FL/(2*b*h2)

PROPIEDADES TÉRMICAS
 Como todos los materiales, la Madera dilata con el
calor y contrae al descender la temperatura, pero este
efecto no suele notarse pues la elevación de
temperatura lleva consigo una disminución de la
humedad: Como esto último es mayor, lo otro es
inapreciable. También son mayores los movimientos en
la dirección perpendicular a las fibras.
 La transmisión de calor dependerá de la humedad, del
peso específico y de la especie. No obstante, se efectúa
mejor la transmisión en la dirección de las fibras que en
las direcciones perpendiculares a ésta.

PROPIEDADES ELÉCTRICAS
 La Madera seca es un buen aislante eléctrico,
su resistividad decrece rápidamente si aumenta
la humedad.
 Para un grado de humedad determinado la
resistividad depende de la dirección (es menor
en la dirección de las fibras), de la especie (es
mayor en especies que contienen aceites y
resinas) y del peso específico (crece al
aumentar el mismo).

ESFUERZOS ADMISIBLES Y MÓDULOS DE
ELASTICIDAD PARA GRUPOS
ESTRUCTURALES DE MADERAS
PROPIEDAD GRUPOS ESTRUCTURALES
TIPO DE ESFUERZO DE DISEÑO A (kg/cm2) B (kg/cm2) C (kg/cm2)
FLEXIÓN ESTÁTICA (fm) 210 150 100
TRACCIÓN PARALELA A LA FIBRA (ft) 145 105 75
COMPRESIÓN PARALELA A LA FIBRA
(fc//)
145 110 80
COMPRESIÓN PERPENDICULAR A LA
FIBRA (fc)
40 28 15
CORTE PARALELO A LA FIBRA (fv) 15 12 08
MODULO DE ELASTICIDAD
Epromedio
130 000 100 000 90 000
Emínimo 95 000 75 000 55 000

ESFUERZOS ADMISIBLES O DE DISEÑO
 Esfuerzo Básico: Esfuerzo mínimo obtenido de
ensayos de propiedades mecánicas que sirve de base
para la determinación del esfuerzo admisible. Este
mínimo corresponde al limite de exclusión del 5%.
 Esfuerzos Admisibles: Son los esfuerzos de
diseño del material para cargas de servicio,
definidos para los grupos estructurales.
FS: Factor de Servicio y Seguridad: Cuyo valor varia según
el tipo de solicitación de carga (flexión, corte, compresión)
y sirve para asegurar que el material tenga un
comportamiento elástico y lineal para las condiciones de
equilibrio.

ESFUERZOS ADMISIBLES O DE DISEÑO
FC: Factor de Reducción de Calidad: Que cubre la reducción
de la resistencia del elemento por defecto que pueda tener a
escala natural.
FT: Factor de Reducción por Tamaño: Que tiene en cuenta la
influencia del tamaño de las piezas en su resistencia (a mayor
tamaño menor resistencias) influencia que es notoria en
elementos sometidos a flexión.
FDC: Factor de Duración de Carga: Que tiene en cuenta la
disminución de la resistencia del elemento con la duración de
la carga a través del tiempo y que es del orden del 14% para
esfuerzos que se encuentran en niveles de 5% de niveles del
límite de exclusión.
[(FC)*(FT) / (FS)(FDC) ]* Esf último = Esf. Adm.

FACTOR FLEXION COMP
FC 0.80 1 1 1
FT 0.90 1 1 1
FS 2.00 1.6 4 1.6
FDC 1.15 1.25 1 1
[(FC)*(FT) / (FS)(FDC) ]* Esf último = Esf. Adm.
EJEMPLO:
PARALELA
CONRTE
PARALELO
COMP
PERPENDIC.
 Esf. Ultimo = Probeta N * 0.05
Si N = 20, Esf Ultimo = 1
Según su resistencia se elige el N° 1 en orden
ascendente.

¿Por qué elegir la madera?
La construcción en madera se ha vuelto popular debido a
que este material no presenta inconvenientes graves, es decir,
no se pudre, se abicha, se tuerce o raja, siempre y cuando
estemos manipulando madera de calidad; lo idea cuando se
edifica en madera es colocarla en el terreno de forma tal que
absorba las condiciones climáticas y así poder explotar sus
capacidades térmicas lo mejor posible.
La construcción en madera resulta bonita, buena, práctica y
económica, si se utiliza el sistema de madera dura entonces
obtendremos una vivienda que será inalterable en el tiempo.
Respecto a los costos de obra, estos oscilan entre los $ 200 y
$ 400 el metro cuadrado más impuestos. No nos olvidemos
también que las propiedades de la madera están dadas por el
crecimiento, edad, contenido de humedad, clases de terreno y
distintas partes del tronco.

LA MADERA COMO ELEMENTO ESTRUCTURAL
Debido a las conexiones entre las fibras de la madera, esta es
considerada como un material de buen comportamiento ante la
flexión y compresión. Existen diversos tipos de madera para usos
diferentes, para los techos es muy usual la utilización de la
madera de pino en todas sus variedades
USOS
• En un techo:
• Pie derecho(2”x 3”)
• Soleras(2”x 4”)
• Estacas
• Tacos, cuñas para nivelar
• Tablas o tablones Para encofrar techo, columnas, dinteles, etc.

USOS PARA CONSTRUCCIÓN
Estructural
 Cubiertas planas:
 Son cubiertas de una o más aguas formadas por pendientes o
planos
 Estas cubiertas pueden tener diversas formas estructurales.

Entrepisos:
Cerramiento intermedio, que separa local es en
diferentes niveles – entablados.

 Conformados
(cerchas):
 Parte portante de una
estructura que puede ser
plano o curva.
 Cerramientos:
 Móviles:
 Placa
 Tablero.
 Maciza

 Cubiertas Planas:
 Cerchas:

 Fijos:
•Verticales
 Revestimientos:
 De pavimentos:
 De cerramientos verticales:

 Molduras:
Diedro Tapajuntas Zócalos
Cielorrasos Aberturas
Paramento Revoques

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