Madera

La madera es un tejido estructural poroso y fibroso que se encuentra en los tallos y raíces de los árboles y otras plantas leñosas. Es un material orgánico, un compuesto natural de fibras de celulosa que son fuertes en tensión e incrustadas en una matriz de lignina que resiste la compresión. A veces, la madera se define solo como el xilema secundario en los tallos de los árboles, o se define de manera más amplia para incluir el mismo tipo de tejido en otros lugares, como en las raíces de los árboles o arbustos. En un árbol vivo, realiza una función de soporte, permitiendo que las plantas leñosas crezcan o se mantengan de pie por sí mismas. También transporta agua y nutrientes entre las hojas, otros tejidos en crecimiento y las raíces. La madera también puede referirse a otros materiales vegetales con propiedades comparables y al material diseñado a partir de madera, astillas de madera o fibra.

La madera se ha utilizado durante miles de años como combustible, como material de construcción, para fabricar herramientas y armas, muebles y papel. Más recientemente surgió como materia prima para la producción de celulosa purificada y sus derivados, como celofán y acetato de celulosa.

A partir de 2005, el stock de bosques en crecimiento en todo el mundo era de unos 434 000 millones de metros cúbicos, el 47 % de los cuales eran comerciales. Como un recurso renovable abundante y neutral en carbono, los materiales leñosos han sido de gran interés como fuente de energía renovable. En 1991 se extrajeron aproximadamente 3.500 millones de metros cúbicos de madera. Los usos dominantes fueron para muebles y construcción de edificios.

Historia

Un descubrimiento de 2011 en la provincia canadiense de New Brunswick produjo las primeras plantas conocidas que produjeron madera, hace aproximadamente 395 a 400 millones de años.

La madera se puede fechar mediante datación por carbono y, en algunas especies, mediante dendrocronología para determinar cuándo se creó un objeto de madera.

La gente ha utilizado la madera durante miles de años para muchos propósitos, incluso como combustible o como material de construcción para hacer casas, herramientas, armas, muebles, embalajes, obras de arte y papel. Las construcciones conocidas con madera datan de hace diez mil años. Los edificios como la casa larga del Neolítico europeo estaban hechos principalmente de madera.

El uso reciente de la madera se ha mejorado con la adición de acero y bronce en la construcción.

La variación de un año a otro en el ancho de los anillos de los árboles y la abundancia de isótopos da pistas sobre el clima predominante en el momento en que se taló un árbol.

Propiedades físicas

Anillos de crecimiento

La madera, en sentido estricto, la producen los árboles, que aumentan de diámetro por la formación, entre la madera existente y la corteza interna, de nuevas capas leñosas que envuelven todo el fuste, las ramas vivas y las raíces. Este proceso se conoce como crecimiento secundario; es el resultado de la división celular en el cambium vascular, un meristema lateral, y la subsiguiente expansión de las nuevas células. Estas células luego pasan a formar paredes celulares secundarias engrosadas, compuestas principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina.

Donde las diferencias entre las cuatro estaciones son distintas, por ejemplo, Nueva Zelanda, el crecimiento puede ocurrir en un patrón anual o estacional discreto, lo que lleva a anillos de crecimiento; estos generalmente se pueden ver más claramente en el extremo de un tronco, pero también son visibles en las otras superficies. Si la distinción entre las estaciones es anual (como es el caso de las regiones ecuatoriales, por ejemplo, Singapur), estos anillos de crecimiento se denominan anillos anuales. Donde hay poca diferencia estacional, es probable que los anillos de crecimiento sean indistintos o estén ausentes. Si se quitó la corteza del árbol en un área en particular, es probable que los anillos se deformen a medida que la planta crece demasiado sobre la cicatriz.

Si hay diferencias dentro de un anillo de crecimiento, entonces la parte de un anillo de crecimiento más cercana al centro del árbol, y formada temprano en la temporada de crecimiento cuando el crecimiento es rápido, generalmente se compone de elementos más anchos. Por lo general, es de color más claro que el que está cerca de la parte exterior del anillo y se conoce como madera temprana o madera de primavera. La parte exterior que se forma más tarde en la temporada se conoce como madera tardía o madera de verano.Sin embargo, existen grandes diferencias, dependiendo del tipo de madera (ver más abajo). Si un árbol crece toda su vida al aire libre y las condiciones del suelo y del sitio permanecen sin cambios, hará su crecimiento más rápido en la juventud y decaerá gradualmente. Los anillos anuales de crecimiento son durante muchos años bastante anchos, pero luego se vuelven más y más estrechos. Dado que cada anillo sucesivo se coloca en el exterior de la madera previamente formada, se sigue que a menos que un árbol aumente materialmente su producción de madera de un año a otro, los anillos necesariamente se vuelven más delgados a medida que el tronco se ensancha. A medida que un árbol alcanza la madurez, su copa se vuelve más abierta y la producción anual de madera disminuye, por lo que se reduce aún más el ancho de los anillos de crecimiento. En el caso de los árboles que crecen en los bosques, tanto depende de la competencia de los árboles en su lucha por la luz y el alimento que pueden alternarse períodos de crecimiento rápido y lento. Algunos árboles, como los robles del sur, mantienen el mismo ancho de anillo durante cientos de años. En general, sin embargo, a medida que un árbol crece en diámetro, el ancho de los anillos de crecimiento disminuye.

Nudos

A medida que un árbol crece, las ramas inferiores a menudo mueren y sus bases pueden crecer demasiado y quedar encerradas por capas posteriores de madera del tronco, formando un tipo de imperfección conocida como nudo. La rama muerta no puede adherirse a la madera del tronco, excepto en su base, y puede caerse después de que el árbol haya sido aserrado en tablas. Los nudos afectan las propiedades técnicas de la madera, por lo general reducen la resistencia local y aumentan la tendencia a partirse a lo largo de la veta de la madera, pero pueden aprovecharse para efectos visuales. En una tabla aserrada longitudinalmente, un nudo aparecerá como una pieza de madera "sólida" (generalmente más oscura) aproximadamente circular alrededor de la cual "fluye" (se parte y se vuelve a unir) la veta del resto de la madera. Dentro de un nudo,

En el árbol, un nudo es la base de una rama lateral o un capullo inactivo. Un nudo (cuando es la base de una rama lateral) tiene forma cónica (de ahí la sección transversal aproximadamente circular) con la punta interna en el punto del diámetro del tallo en el que se encontraba el cambium vascular de la planta cuando la rama se formó como un capullo.

Al clasificar la madera aserrada y la madera estructural, los nudos se clasifican según su forma, tamaño, solidez y la firmeza con la que se mantienen en su lugar. Esta firmeza se ve afectada, entre otros factores, por el tiempo durante el cual la rama estuvo muerta mientras el tallo adjunto continuaba creciendo.

Los nudos afectan materialmente el agrietamiento y la deformación, la facilidad de trabajo y la hendidura de la madera. Son defectos que debilitan la madera y reducen su valor para fines estructurales donde la resistencia es una consideración importante. El efecto de debilitamiento es mucho más serio cuando la madera está sujeta a fuerzas perpendiculares a la fibra y/oa la tensión que cuando está bajo carga a lo largo de la fibra y/oa la compresión. La medida en que los nudos afectan la resistencia de una viga depende de su posición, tamaño, número y condición. Un nudo en el lado superior se comprime, mientras que uno en el lado inferior se somete a tensión. Si hay un control de temporada en el nudo, como suele ser el caso, ofrecerá poca resistencia a esta tensión de tracción. Sin embargo, se pueden ubicar pequeños nudos a lo largo del plano neutral de una viga y aumentar la resistencia al evitar el corte longitudinal. Los nudos en una tabla o tablón son menos dañinos cuando se extienden a través de él en ángulo recto hasta su superficie más ancha. Los nudos que se producen cerca de los extremos de una viga no la debilitan. Los nudos sanos que se producen en la parte central a un cuarto de la altura de la viga desde cualquiera de los bordes no son defectos graves.—  Samuel J. Record, Las propiedades mecánicas de la madera

Los nudos no necesariamente influyen en la rigidez de la madera estructural, esto dependerá del tamaño y la ubicación. La rigidez y la resistencia elástica dependen más de la madera sana que de los defectos localizados. La resistencia a la rotura es muy susceptible a los defectos. Los nudos sanos no debilitan la madera cuando se somete a compresión paralela a la fibra.

En algunas aplicaciones decorativas, la madera con nudos puede ser deseable para agregar interés visual. En aplicaciones en las que se pinta la madera, como zócalos, tableros de fascia, marcos de puertas y muebles, las resinas presentes en la madera pueden continuar 'sangrándose' a través de la superficie de un nudo durante meses o incluso años después de la fabricación y mostrarse de color amarillo. o mancha marrón. Una pintura o solución de imprimación para nudos (anudamiento), aplicada correctamente durante la preparación, puede ayudar mucho a reducir este problema, pero es difícil de controlar por completo, especialmente cuando se utilizan materiales de madera secados al horno producidos en masa.

Duramen y albura

El duramen (o duramen ) es madera que, como resultado de una transformación química natural, se ha vuelto más resistente a la descomposición. La formación del duramen es un proceso genéticamente programado que ocurre espontáneamente. Existe cierta incertidumbre sobre si la madera muere durante la formación del duramen, ya que aún puede reaccionar químicamente con los organismos en descomposición, pero solo una vez.

El término duramen se deriva únicamente de su posición y no de ninguna importancia vital para el árbol. Esto se evidencia por el hecho de que un árbol puede prosperar con su corazón completamente podrido. Algunas especies comienzan a formar duramen muy temprano en la vida, por lo que solo tienen una capa delgada de albura viva, mientras que en otras el cambio se produce lentamente. La albura fina es característica de especies como el castaño, la acacia negra, la morera, el naranjo de Osage y el sasafrás, mientras que en el arce, el fresno, el nogal americano, el almez, el haya y el pino, la regla es la albura gruesa. Algunas otras nunca forman duramen.

El duramen a menudo es visualmente distinto de la albura viva y se puede distinguir en una sección transversal donde el límite tenderá a seguir los anillos de crecimiento. Por ejemplo, a veces es mucho más oscuro. Sin embargo, otros procesos como la descomposición o la invasión de insectos también pueden decolorar la madera, incluso en plantas leñosas que no forman duramen, lo que puede generar confusión.

La albura (o albura ) es la madera más joven y exterior; en el árbol que crece es madera viva,y sus funciones principales son conducir el agua de las raíces a las hojas y almacenar y devolver según la estación las reservas preparadas en las hojas. Sin embargo, en el momento en que se vuelven competentes para conducir agua, todas las traqueidas y vasos del xilema han perdido su citoplasma y, por lo tanto, las células están funcionalmente muertas. Toda la madera de un árbol se forma primero como albura. Cuantas más hojas tenga un árbol y más vigoroso sea su crecimiento, mayor será el volumen de albura necesario. Por lo tanto, los árboles que crecen rápidamente al aire libre tienen una albura más gruesa para su tamaño que los árboles de la misma especie que crecen en bosques densos. A veces, los árboles (de especies que forman duramen) que crecen al aire libre pueden alcanzar un tamaño considerable, de 30 cm (12 pulgadas) o más de diámetro, antes de que comience a formarse el duramen, por ejemplo, en el nogal americano de segundo crecimiento o al aire libre. pinos crecidos.

No existe una relación definida entre los anillos anuales de crecimiento y la cantidad de albura. Dentro de la misma especie, el área de la sección transversal de la albura es aproximadamente proporcional al tamaño de la copa del árbol. Si los anillos son angostos, se requieren más de ellos que donde son anchos. A medida que el árbol crece, la albura necesariamente se vuelve más delgada o aumenta materialmente en volumen. La albura es relativamente más gruesa en la parte superior del tronco de un árbol que cerca de la base, porque la edad y el diámetro de las secciones superiores son menores.

Cuando un árbol es muy joven, está cubierto de ramas casi, si no completamente, hasta el suelo, pero a medida que envejece, algunas o todas mueren y se rompen o se caen. El crecimiento posterior de la madera puede ocultar completamente los tocones que, sin embargo, permanecerán como nudos. No importa cuán liso y claro sea un tronco en el exterior, tiene más o menos nudos cerca del medio. En consecuencia, la albura de un árbol viejo, y particularmente de un árbol crecido en el bosque, estará más libre de nudos que el interior del duramen. Dado que en la mayoría de los usos de la madera, los nudos son defectos que debilitan la madera e interfieren con su facilidad de trabajo y otras propiedades, se deduce que un trozo de albura dado, debido a su posición en el árbol, bien puede ser más fuerte que un trozo de madera. duramen del mismo árbol.

Diferentes piezas de madera cortadas de un árbol grande pueden diferir decididamente, particularmente si el árbol es grande y maduro. En algunos árboles, la madera colocada más tarde en la vida de un árbol es más suave, más liviana, más débil y de textura más pareja que la que se produjo antes, pero en otros árboles se aplica lo contrario. Esto puede corresponder o no al duramen y la albura. En un tronco grande, la albura, debido a la época de la vida del árbol en que creció, puede ser inferior en dureza, resistencia y tenacidad al duramen igualmente sano del mismo tronco. En un árbol más pequeño, lo contrario puede ser cierto.

Color

En las especies que muestran una clara diferencia entre el duramen y la albura, el color natural del duramen suele ser más oscuro que el de la albura y, con mucha frecuencia, el contraste es notorio (consulte la sección del registro de tejo anterior). Esto es producido por depósitos en el duramen de sustancias químicas, por lo que una variación dramática de color no implica una diferencia significativa en las propiedades mecánicas del duramen y la albura, aunque puede haber una marcada diferencia bioquímica entre los dos.

Algunos experimentos en especímenes de pino de hoja larga muy resinosos indican un aumento en la resistencia, debido a que la resina aumenta la resistencia cuando se seca. Este duramen saturado de resina se denomina "encendedor de grasa". Las estructuras construidas con encendedores de grasa son casi impermeables a la putrefacción y las termitas; sin embargo, son muy inflamables. Los tocones de viejos pinos de hoja larga a menudo se excavan, se dividen en pedazos pequeños y se venden como leña para el fuego. Los tocones así excavados pueden permanecer un siglo o más desde que fueron cortados. El abeto impregnado con resina cruda y secado también aumenta mucho su resistencia.

Dado que la madera tardía de un anillo de crecimiento suele ser de color más oscuro que la madera temprana, este hecho puede usarse para juzgar visualmente la densidad y, por lo tanto, la dureza y la resistencia del material. Este es particularmente el caso de las maderas de coníferas. En las maderas de porosidad anular, las vasijas de la madera temprana a menudo aparecen en una superficie acabada como más oscuras que las de la madera tardía más densa, aunque en las secciones transversales del duramen suele ocurrir lo contrario. De lo contrario, el color de la madera no es una indicación de fuerza.

La decoloración anormal de la madera a menudo denota una condición enferma, lo que indica falta de solidez. El cuadro negro en la cicuta occidental es el resultado de ataques de insectos. Las vetas de color marrón rojizo, tan comunes en el nogal americano y en otras maderas, son principalmente el resultado de heridas causadas por pájaros. La decoloración es simplemente una indicación de una lesión y, con toda probabilidad, no afecta por sí misma las propiedades de la madera. Ciertos hongos que producen podredumbre imparten a la madera colores característicos que se vuelven sintomáticos de debilidad; sin embargo, un efecto atractivo conocido como astillado producido por este proceso a menudo se considera una característica deseable. Las manchas de savia ordinarias se deben al crecimiento de hongos, pero no necesariamente producen un efecto debilitante.

Contenido de agua

El agua se produce en la madera viva en tres lugares, a saber:

• en las paredes celulares,
• en el contenido protoplásmico de las células
• como agua libre en las cavidades y espacios celulares, especialmente del xilema

En el duramen ocurre solo en la primera y última forma. La madera que se seca completamente al aire retiene del 8 al 16 % del agua en las paredes de las celdas y nada, o prácticamente nada, en las otras formas. Incluso la madera secada al horno retiene un pequeño porcentaje de humedad, pero para todos, excepto para fines químicos, se puede considerar absolutamente seca.

El efecto general del contenido de agua sobre la sustancia de la madera es hacerla más blanda y flexible. Un efecto similar ocurre en la acción suavizante del agua sobre cuero, papel o tela. Dentro de ciertos límites, cuanto mayor sea el contenido de agua, mayor será su efecto suavizante.

El secado produce un decidido aumento de la resistencia de la madera, sobre todo en los ejemplares pequeños. Un ejemplo extremo es el caso de un bloque de abeto completamente seco de 5 cm de sección, que soportará una carga permanente cuatro veces mayor que la que soportaría un bloque verde (sin secar) del mismo tamaño.

El mayor aumento de resistencia debido al secado está en la resistencia última al aplastamiento y la resistencia en el límite elástico en la compresión longitudinal; estos son seguidos por el módulo de ruptura y la tensión en el límite elástico en la flexión transversal, mientras que el módulo de elasticidad es el menos afectado.

Estructura

La madera es un material heterogéneo, higroscópico, celular y anisótropo. Está formado por células, y las paredes celulares están compuestas por microfibrillas de celulosa (40-50%) y hemicelulosa (15-25%) impregnadas de lignina (15-30%).

En las especies de coníferas o de madera blanda, las celdas de madera son en su mayoría de un tipo, traqueidas, y como resultado, el material tiene una estructura mucho más uniforme que la de la mayoría de las maderas duras. No hay vasos ("poros") en la madera de coníferas como los que se ven tan prominentemente en el roble y el fresno, por ejemplo.

La estructura de las maderas duras es más compleja. La capacidad de conducción de agua está principalmente a cargo de los recipientes: en algunos casos (roble, castaño, fresno) estos son bastante grandes y distintos, en otros (castaño de castaño, álamo, sauce) demasiado pequeños para ser vistos sin una lupa. Al hablar de tales maderas, se acostumbra dividirlas en dos grandes clases, de porosidad anular y de porosidad difusa.

En las especies de porosidad anular, como el fresno, la acacia negra, la catalpa, el castaño, el olmo, la nuez dura, la morera y el roble, los vasos más grandes o poros (como se denominan las secciones transversales de los vasos) se localizan en la parte del anillo de crecimiento formado. en primavera, formando así una región de tejido más o menos abierto y poroso. El resto del anillo, producido en verano, está formado por vasijas de menor tamaño y una proporción mucho mayor de fibras de madera. Estas fibras son los elementos que dan fuerza y ​​dureza a la madera, mientras que las vasijas son fuente de debilidad.

En las maderas de porosidad difusa, los poros tienen un tamaño uniforme para que la capacidad de conducción del agua se disperse por todo el anillo de crecimiento en lugar de acumularse en una banda o fila. Ejemplos de este tipo de madera son el aliso, el tilo, el abedul, el castaño de indias, el arce, el sauce y las especies de Populus, como el álamo temblón, el álamo y el álamo. Algunas especies, como el nogal y el cerezo, se encuentran en el límite entre las dos clases, formando un grupo intermedio.

Madera temprana y madera tardía

En madera blanda

En las maderas blandas templadas, a menudo hay una marcada diferencia entre la madera tardía y la madera temprana. La madera tardía será más densa que la formada a principios de la temporada. Cuando se examinan bajo un microscopio, las células de la madera tardía densa se ven con paredes muy gruesas y con cavidades celulares muy pequeñas, mientras que las que se forman primero en la temporada tienen paredes delgadas y cavidades celulares grandes. La fuerza está en las paredes, no en las cavidades. Por tanto, cuanto mayor sea la proporción de madera tardía, mayor será la densidad y la resistencia. Al elegir una pieza de pino donde la resistencia o la rigidez son la consideración importante, lo principal que se debe observar es la cantidad comparativa de madera temprana y tardía. El ancho del anillo no es tan importante como la proporción y la naturaleza de la madera tardía en el anillo.

Si se compara una pieza pesada de pino con una pieza liviana, se verá de inmediato que la más pesada contiene una mayor proporción de madera tardía que la otra y, por lo tanto, muestra anillos de crecimiento más claramente delimitados. En los pinos blancos no hay mucho contraste entre las diferentes partes del anillo, por lo que la madera tiene una textura muy uniforme y es fácil de trabajar. En los pinos duros, en cambio, la madera tardía es muy densa y de color intenso, presentando un contraste muy marcado con la madera temprana blanda y de color pajizo.

Lo que cuenta no es solo la proporción de madera tardía, sino también su calidad. En especímenes que muestran una proporción muy grande de madera tardía, puede ser notablemente más poroso y pesar considerablemente menos que la madera tardía en piezas que contienen menos madera tardía. Se puede juzgar la densidad comparativa y, por lo tanto, hasta cierto punto la fuerza, mediante inspección visual.

Todavía no se puede dar una explicación satisfactoria de los mecanismos exactos que determinan la formación de madera temprana y madera tardía. Varios factores pueden estar involucrados. En las coníferas, al menos, la tasa de crecimiento por sí sola no determina la proporción de las dos porciones del anillo, porque en algunos casos la madera de crecimiento lento es muy dura y pesada, mientras que en otros ocurre lo contrario. La calidad del sitio donde crece el árbol indudablemente afecta el carácter de la madera formada, aunque no es posible formular una regla que lo regule. En general, sin embargo, se puede decir que cuando la fuerza o la facilidad de trabajo son esenciales, se deben elegir maderas de crecimiento moderado a lento.

En maderas de porosidad anular

En las maderas de porosidad anular, el crecimiento de cada estación siempre está bien definido, porque los grandes poros formados a principios de la estación se apoyan en el tejido más denso del año anterior.

En el caso de las maderas duras de porosidad anular, parece existir una relación bastante definida entre la tasa de crecimiento de la madera y sus propiedades. Esto puede resumirse brevemente en la afirmación general de que cuanto más rápido es el crecimiento o más anchos los anillos de crecimiento, más pesada, dura, fuerte y rígida es la madera. Debe recordarse que esto se aplica sólo a las maderas de porosidad anular como el roble, el fresno, el nogal americano y otras del mismo grupo y, por supuesto, está sujeto a algunas excepciones y limitaciones.

En las maderas de porosidad anular de buen crecimiento, por lo general es la madera tardía en la que las fibras de paredes gruesas que dan resistencia son más abundantes. A medida que disminuye el ancho del anillo, esta madera tardía se reduce de modo que un crecimiento muy lento produce una madera porosa comparativamente liviana compuesta de vasos de paredes delgadas y parénquima leñoso. En el buen roble, estas grandes vasijas de la madera temprana ocupan del 6 al 10 por ciento del volumen del tronco, mientras que en el material inferior pueden constituir el 25 por ciento o más. La madera tardía del buen roble es de color oscuro y firme, y consiste principalmente en fibras de paredes gruesas que forman la mitad o más de la madera. En roble inferior, esta madera tardía es muy reducida tanto en cantidad como en calidad. Tal variación es en gran medida el resultado de la tasa de crecimiento.

La madera de anillos anchos a menudo se denomina "de segundo crecimiento", porque el crecimiento de la madera joven en rodales abiertos después de que se han eliminado los árboles viejos es más rápido que en los árboles de un bosque cerrado, y en la fabricación de artículos donde la resistencia es menor. una consideración importante es que se prefiere tal material de madera dura de "segundo crecimiento". Este es particularmente el caso en la elección del nogal para los mangos y radios. Aquí no solo la fuerza, sino también la dureza y la resiliencia son importantes.

Los resultados de una serie de pruebas del nogal americano realizadas por el Servicio Forestal de EE. UU. muestran que:"La capacidad de trabajo o resistencia a los golpes es mayor en la madera de anillos anchos que tiene de 5 a 14 anillos por pulgada (anillos de 1,8 a 5 mm de espesor), es bastante constante de 14 a 38 anillos por pulgada (anillos de 0,7 a 1,8 mm de espesor). ), y disminuye rápidamente de 38 a 47 anillos por pulgada (anillos de 0,5 a 0,7 mm de espesor). La resistencia a la carga máxima no es tan grande con la madera de crecimiento más rápido; es máxima con 14 a 20 anillos por pulgada ( anillos de 1,3 a 1,8 mm de espesor), y de nuevo disminuye a medida que la madera se vuelve más densamente anillada. La deducción natural es que la madera de valor mecánico de primera clase muestra de 5 a 20 anillos por pulgada (anillos de 1,3 a 5 mm de espesor) y que un crecimiento más lento produce un material más pobre. Por lo tanto, el inspector o comprador de nogal americano debe discriminar la madera que tiene más de 20 anillos por pulgada (anillos de menos de 1,3 mm de espesor). Sin embargo, existen excepciones,en el caso de crecimiento normal en situaciones secas, en las que el material de crecimiento lento puede ser fuerte y resistente".

La misma autoridad resume el efecto de la tasa de crecimiento sobre las cualidades de la madera de castaño de la siguiente manera:"Cuando los anillos son anchos, la transición de la madera de primavera a la madera de verano es gradual, mientras que en los anillos angostos la madera de primavera pasa a la madera de verano abruptamente. El ancho de la madera de primavera cambia muy poco con el ancho del anillo anual, por lo que que el estrechamiento o ensanchamiento del anillo anual es siempre a expensas de la madera de verano. Los vasos estrechos de la madera de verano la hacen más rica en sustancia leñosa que la madera de primavera compuesta de vasos anchos. Por lo tanto, los especímenes de crecimiento rápido con anillos anchos tienen más sustancia leñosa que los árboles de crecimiento lento con anillos angostos Dado que cuanto más sustancia leñosa mayor es el peso, y cuanto mayor es el peso más fuerte es la madera, las castañas con anillos anchos deben tener una madera más fuerte que las castañas con anillos angostos.Esto está de acuerdo con la opinión aceptada de que los brotes (que siempre tienen anillos anchos) producen madera mejor y más fuerte que las castañas, cuyo diámetro crece más lentamente".

En maderas de porosidad difusa

En las maderas de porosidad difusa, la demarcación entre los anillos no siempre es tan clara y en algunos casos es casi (si no del todo) invisible a simple vista. Por el contrario, cuando hay una demarcación clara, es posible que no haya una diferencia notable en la estructura dentro del anillo de crecimiento.

En las maderas de porosidad difusa, como se ha dicho, los vasos o poros son del mismo tamaño, de modo que la capacidad de conducción de agua se dispersa por todo el anillo en lugar de acumularse en la madera temprana. El efecto de la tasa de crecimiento, por lo tanto, no es el mismo que en las maderas de porosidad anular, acercándose más a las condiciones de las coníferas. En general, se puede afirmar que tales maderas de crecimiento medio dan un material más fuerte que cuando crecen muy rápido o muy lentamente. En muchos usos de la madera, la fuerza total no es la consideración principal. Si se valora la facilidad de trabajo, la madera debe elegirse teniendo en cuenta su textura uniforme y la rectitud de la veta, lo que en la mayoría de los casos ocurrirá cuando haya poco contraste entre la madera tardía del crecimiento de una estación y la madera temprana de la siguiente.

Madera monocotiledónea

El material estructural que se asemeja a la madera ordinaria, de "dicotiledóneas" o de coníferas en sus características generales de manejo es producido por varias plantas monocotiledóneas, y estas también se denominan coloquialmente madera. De estos, el bambú, botánicamente un miembro de la familia de las gramíneas, tiene una importancia económica considerable, los tallos más grandes se utilizan ampliamente como material de construcción y construcción y en la fabricación de pisos, paneles y revestimientos de ingeniería. Otro grupo importante de plantas que produce material que a menudo se llama madera son las palmas. De mucha menor importancia son plantas como Pandanus, Dracaena y Cordyline. Con todo este material, la estructura y composición de la materia prima procesada es bastante diferente de la madera ordinaria.

Gravedad específica

La propiedad individual más reveladora de la madera como indicador de la calidad de la madera es la gravedad específica (Timell 1986), ya que determina tanto el rendimiento de la pulpa como la resistencia de la madera. La gravedad específica es la relación entre la masa de una sustancia y la masa de un volumen igual de agua; la densidad es la relación entre la masa de una cantidad de una sustancia y el volumen de esa cantidad y se expresa en masa por unidad de sustancia, por ejemplo, gramos por mililitro (g/cm o g/ml). Los términos son esencialmente equivalentes siempre que se utilice el sistema métrico. Al secarse, la madera se encoge y su densidad aumenta. Los valores mínimos están asociados con la madera verde (saturada de agua) y se denominan gravedad específica básica (Timell 1986).

Densidad de la madera

La densidad de la madera está determinada por múltiples factores fisiológicos y de crecimiento combinados en “una característica de la madera que se mide con bastante facilidad” (Elliott 1970).

La edad, el diámetro, la altura, el crecimiento radial (del tronco), la ubicación geográfica, el sitio y las condiciones de crecimiento, el tratamiento silvícola y la fuente de semillas influyen hasta cierto punto en la densidad de la madera. La variación es de esperar. Dentro de un árbol individual, la variación en la densidad de la madera es a menudo tan grande o incluso mayor que entre árboles diferentes (Timell 1986). La variación de la gravedad específica dentro del fuste de un árbol puede ocurrir en dirección horizontal o vertical.

Propiedades físicas tabuladas

Las siguientes tablas enumeran las propiedades mecánicas de las especies de plantas madereras y madereras, incluido el bambú.

Propiedades de la madera:

Nombre común

Nombre científico

Contenido de humedad

Densidad (kg/m )

Resistencia a la compresión (megapascales)

showResistencia a la flexión (megapascales)

Propiedades del bambú:

Nombre común

Nombre científico

Contenido de humedad

Densidad (kg/m )

Resistencia a la compresión (megapascales)

showResistencia a la flexión (megapascales)

Duro versus blando

Es común clasificar la madera como madera blanda o madera dura. La madera de coníferas (por ejemplo, pino) se denomina madera blanda, y la madera de dicotiledóneas (generalmente árboles de hoja ancha, por ejemplo, roble) se denomina madera dura. Estos nombres son un poco engañosos, ya que las maderas duras no son necesariamente duras y las maderas blandas no son necesariamente blandas. La conocida balsa (una madera dura) es en realidad más blanda que cualquier madera blanda comercial. Por el contrario, algunas maderas blandas (por ejemplo, el tejo) son más duras que muchas maderas duras.

Existe una fuerte relación entre las propiedades de la madera y las propiedades del árbol particular que la produjo. La densidad de la madera varía según la especie. La densidad de una madera se correlaciona con su fuerza (propiedades mecánicas). Por ejemplo, la caoba es una madera dura de densidad media que es excelente para la elaboración de muebles finos, mientras que la balsa es liviana, lo que la hace útil para la construcción de modelos. Una de las maderas más densas es el palo fierro negro.

Química

La composición química de la madera varía de una especie a otra, pero es aproximadamente 50 % de carbono, 42 % de oxígeno, 6 % de hidrógeno, 1 % de nitrógeno y 1 % de otros elementos (principalmente calcio, potasio, sodio, magnesio, hierro y manganeso). por peso. La madera también contiene azufre, cloro, silicio, fósforo y otros elementos en pequeñas cantidades.

Aparte del agua, la madera tiene tres componentes principales. La celulosa, un polímero cristalino derivado de la glucosa, constituye alrededor del 41-43%. Le sigue en abundancia la hemicelulosa, que ronda el 20 % en los árboles de hoja caduca pero cerca del 30 % en las coníferas. Se trata principalmente de azúcares de cinco carbonos que se unen de manera irregular, a diferencia de la celulosa. La lignina es el tercer componente con alrededor del 27 % en la madera de coníferas frente al 23 % en los árboles de hoja caduca. La lignina le confiere propiedades hidrofóbicas que reflejan el hecho de que se basa en anillos aromáticos. Estos tres componentes están entrelazados y existen enlaces covalentes directos entre la lignina y la hemicelulosa. Uno de los principales objetivos de la industria del papel es la separación de la lignina de la celulosa, a partir de la cual se fabrica el papel.

En términos químicos, la diferencia entre la madera dura y la madera blanda se refleja en la composición de la lignina constituyente. La lignina de madera dura se deriva principalmente del alcohol sinapílico y el alcohol coniferílico. La lignina de madera blanda se deriva principalmente del alcohol coniferílico.

Extractivos

Aparte de los polímeros estructurales, es decir, celulosa, hemicelulosa y lignina (lignocelulosa), la madera contiene una gran variedad de constituyentes no estructurales, compuestos por compuestos orgánicos de bajo peso molecular, llamados extractivos. Estos compuestos están presentes en el espacio extracelular y se pueden extraer de la madera utilizando diferentes disolventes neutros, como la acetona. Un contenido análogo está presente en el llamado exudado que producen los árboles como respuesta a daños mecánicos o después de ser atacados por insectos u hongos. A diferencia de los constituyentes estructurales, la composición de los extractos varía en amplios rangos y depende de muchos factores.La cantidad y composición de los extractos difiere entre especies de árboles, varias partes del mismo árbol, y depende de factores genéticos y condiciones de crecimiento, como el clima y la geografía. Por ejemplo, los árboles de crecimiento más lento y las partes más altas de los árboles tienen un mayor contenido de extractos. Generalmente, la madera blanda es más rica en extractivos que la madera dura. Su concentración aumenta desde el cámbium hasta la médula. Las cortezas y las ramas también contienen extractos. Aunque los extractivos representan una pequeña fracción del contenido de madera, generalmente menos del 10%, son extraordinariamente diversos y, por lo tanto, caracterizan la química de las especies de madera.La mayoría de los extractivos son metabolitos secundarios y algunos de ellos sirven como precursores de otras sustancias químicas. Los extractivos de la madera muestran diferentes actividades, algunas de ellas se producen en respuesta a heridas y otras participan en la defensa natural contra insectos y hongos.

Estos compuestos contribuyen a diversas propiedades físicas y químicas de la madera, como el color de la madera, la fragancia, la durabilidad, las propiedades acústicas, la higroscopicidad, la adhesión y el secado. Teniendo en cuenta estos impactos, los extractos de madera también afectan las propiedades de la pulpa y el papel y, lo que es más importante, causan muchos problemas en la industria del papel. Algunos extractivos son sustancias tensioactivas e inevitablemente afectan las propiedades de la superficie del papel, como la adsorción de agua, la fricción y la resistencia. Los extractivos lipofílicos a menudo dan lugar a depósitos pegajosos durante la fabricación de pulpa kraft y pueden dejar manchas en el papel. Los extractivos también explican el olor del papel, que es importante cuando se fabrican materiales en contacto con alimentos.

La mayoría de los extractos de madera son lipofílicos y solo una pequeña parte es soluble en agua. La porción lipófila de los extractos, que en conjunto se conoce como resina de madera, contiene grasas y ácidos grasos, esteroles y ésteres esterílicos, terpenos, terpenoides, ácidos resínicos y ceras. El calentamiento de la resina, es decir, la destilación, vaporiza los terpenos volátiles y deja el componente sólido: la colofonia. El líquido concentrado de compuestos volátiles extraídos durante la destilación al vapor se llama aceite esencial. La destilación de oleorresina obtenida de muchos pinos proporciona colofonia y trementina.

La mayoría de los extractos se pueden clasificar en tres grupos: compuestos alifáticos, terpenos y compuestos fenólicos. Estos últimos son más solubles en agua y normalmente están ausentes en la resina.

• Los compuestos alifáticos incluyen ácidos grasos, alcoholes grasos y sus ésteres con glicerol, alcoholes grasos (ceras) y esteroles (esteril ésteres). Los hidrocarburos, como los alcanos, también están presentes en la madera. La suberina es un poliéster, hecho de ácidos de suberina y glicerol, que se encuentra principalmente en las cortezas. Las grasas sirven como fuente de energía para las células de la madera. El esterol de madera más común es el sitosterol. Sin embargo, también se observan sitostanol, citrostadienol, campesterol y colesterol tanto en la madera dura como en la madera blanda, aunque en cantidades bajas.
• Los principales terpenos que se encuentran en la madera blanda incluyen mono-, sesqui- y diterpenos. Mientras tanto, la composición de terpenos de la madera dura es considerablemente diferente y consiste en triterpenoides, poliprenoles y otros terpenos superiores. Ejemplos de mono-, di- y sesquiterpenos son α- y β-pinenos, 3-careno, β-mirceno, limoneno, tujaplicinas, α- y β-felandrenos, α-muuroleno, δ-cadineno, α- y δ-cadinoles, α- y β-cedrenos, juniperol, longifoleno, cis-abienol, borneol, ácido pinifólico, nootkatin, chanootin, fitol, geranil-linalool, β-epimanool, manoilóxido, pimaral y pimarol. Los ácidos resínicos suelen ser terpenoides tricíclicos, ejemplos de los cuales son el ácido pimárico, el ácido sandaracopimárico, el ácido isopimárico, el ácido abiético, el ácido levopimárico, el ácido palústrico, el ácido neoabiético y el ácido dehidroabiético. También se encuentran ácidos resínicos bicíclicos, como el ácido lambertiánico, el ácido comúnico, el ácido mercúsico y el ácido secodehidroabiético. El cicloartenol, la betulina y el escualeno son triterpenoides purificados de la madera dura. Ejemplos de politerpenos de la madera son el caucho ( cis -polipreno), la gutapercha ( trans -polipreno), la gutta-balatá ( trans - polipreno) y los betulaprenoles (politerpenoides acíclicos).Los mono y sesquiterpenos de la madera blanda son los responsables del olor típico del bosque de pinos. Muchos monoterpenoides, como el β-mirceno, se utilizan en la preparación de sabores y fragancias. Las tropolonas, como el hinokitiol y otras tuyaplicinas, están presentes en los árboles resistentes a la descomposición y muestran propiedades fungicidas e insecticidas. Las tropolonas se unen fuertemente a los iones metálicos y pueden causar corrosión en el digestor en el proceso de fabricación de pulpa kraft. Debido a sus propiedades ionofóricas y de unión a metales, las tuyaplicinas se utilizan especialmente en experimentos de fisiología. Se han estudiado otras actividades biológicas in vitro diferentes de las tuyaplicinas, como insecticida, antipardeamiento, antiviral, antibacteriano, antifúngico, antiproliferativo y antioxidante.
• Los compuestos fenólicos se encuentran especialmente en la madera dura y la corteza. Los componentes fenólicos de la madera más conocidos son los estilbenos (p. ej., pinosilvina), lignanos (p. ej., pinoresinol, conidendrina, ácido plicatico, hidroximatairesinol), norlignanos (p. ej., nyasol, puerósidos A y B, hidroxisugiresinol, sequirina-C), taninos (p. ej., ácido gálico, ácido elágico), flavonoides (por ejemplo, crisina, taxifolina, catequina, genisteína). La mayoría de los compuestos fenólicos tienen propiedades fungicidas y protegen la madera de la descomposición por hongos. Junto con los neolignanos los compuestos fenólicos influyen en el color de la madera. Los ácidos resínicos y los compuestos fenólicos son los principales contaminantes tóxicos presentes en los efluentes no tratados del proceso de pulpado.Los compuestos polifenólicos son una de las biomoléculas más abundantes producidas por las plantas, como los flavonoides y los taninos. Los taninos se utilizan en la industria del cuero y han demostrado exhibir diferentes actividades biológicas. Los flavonoides son muy diversos, están ampliamente distribuidos en el reino vegetal y tienen numerosas actividades y funciones biológicas.

Usos

Gasolina

La madera tiene una larga historia de uso como combustible, que continúa hasta el día de hoy, principalmente en las zonas rurales del mundo. Se prefiere la madera dura a la blanda porque genera menos humo y se quema por más tiempo. A menudo se siente que agregar una estufa de leña o una chimenea a una casa agrega ambiente y calidez.

Madera para pasta de papel

La madera para pulpa es madera que se eleva específicamente para su uso en la fabricación de papel.

Construcción

La madera ha sido un material de construcción importante desde que los humanos comenzaron a construir refugios, casas y botes. Casi todos los barcos estaban hechos de madera hasta finales del siglo XIX, y la madera sigue siendo de uso común hoy en día en la construcción de barcos. El olmo, en particular, se usó para este propósito, ya que resistía la descomposición siempre que se mantuviera húmedo (también servía para las tuberías de agua antes de la llegada de las tuberías más modernas).

La madera que se utilizará para trabajos de construcción se conoce comúnmente como madera aserrada en América del Norte. En otros lugares, madera generalmente se refiere a árboles talados, y la palabra para tablones aserrados listos para usar es madera. En la Europa medieval, el roble era la madera elegida para todas las construcciones de madera, incluidas vigas, paredes, puertas y pisos. Hoy en día se utiliza una variedad más amplia de maderas: las puertas de madera maciza suelen estar hechas de álamo, pino de nudos pequeños y abeto de Douglas.

En la actualidad, las viviendas domésticas nuevas en muchas partes del mundo suelen estar construidas con estructuras de madera. Los productos de madera de ingeniería se están convirtiendo en una parte más importante de la industria de la construcción. Se pueden utilizar tanto en edificios residenciales como comerciales como materiales estructurales y estéticos.

En los edificios de otros materiales, la madera se seguirá encontrando como material de soporte, especialmente en la construcción de cubiertas, en las puertas interiores y sus marcos, y como revestimiento exterior.

La madera también se usa comúnmente como material de encofrado para formar el molde en el que se vierte el hormigón durante la construcción con hormigón armado.

Piso

Un piso de madera maciza es un piso colocado con tablones o listones creados a partir de una sola pieza de madera, generalmente una madera dura. Dado que la madera es higroscópica (adquiere y pierde humedad de las condiciones ambientales que la rodean), esta inestabilidad potencial limita efectivamente la longitud y el ancho de las tablas.

Los pisos de madera maciza suelen ser más baratos que las maderas de ingeniería y las áreas dañadas se pueden lijar y restaurar repetidamente, la cantidad de veces está limitada solo por el grosor de la madera por encima de la lengüeta.

Los suelos de madera maciza se utilizaron originalmente con fines estructurales, y se instalaron perpendiculares a las vigas de soporte de madera de un edificio (las viguetas o soportes) y la madera de construcción maciza todavía se utiliza a menudo para suelos deportivos, así como para la mayoría de los bloques de madera tradicionales, mosaicos y parquet.

Productos de ingeniería

Los productos de madera de ingeniería, productos de construcción encolados "diseñados" para requisitos de rendimiento específicos de la aplicación, se utilizan a menudo en aplicaciones industriales y de construcción. Los productos de madera de ingeniería pegados se fabrican uniendo hebras de madera, chapas, madera u otras formas de fibra de madera con pegamento para formar una unidad estructural compuesta más grande y eficiente.

Estos productos incluyen madera laminada encolada (glulam), paneles estructurales de madera (incluyendo madera contrachapada, tableros de virutas orientadas y paneles compuestos), madera de chapa laminada (LVL) y otros productos de madera compuesta estructural (SCL), madera de torones paralelos y vigas en I. Aproximadamente 100 millones de metros cúbicos de madera se consumieron para este fin en 1991. Las tendencias sugieren que los tableros de partículas y de fibra superarán al contrachapado.

La madera no apta para la construcción en su forma nativa puede descomponerse mecánicamente (en fibras o astillas) o químicamente (en celulosa) y usarse como materia prima para otros materiales de construcción, como madera de ingeniería, así como tableros aglomerados, tableros duros y tableros medianos. -Tablero de fibra de alta densidad (MDF). Dichos derivados de la madera se utilizan ampliamente: las fibras de madera son un componente importante de la mayoría del papel y la celulosa se utiliza como componente de algunos materiales sintéticos. Los derivados de la madera se pueden utilizar para tipos de pisos, por ejemplo, pisos laminados.

Muebles y utensilios

La madera siempre se ha utilizado mucho para muebles, como sillas y camas. También se utiliza para mangos de herramientas y cubiertos, como palillos, mondadientes y otros utensilios, como la cuchara de madera y el lápiz.

Otro

Otros desarrollos incluyen nuevas aplicaciones de pegamento de lignina, empaques de alimentos reciclables, aplicaciones de reemplazo de neumáticos de caucho, agentes médicos antibacterianos y telas o compuestos de alta resistencia. A medida que los científicos e ingenieros aprendan y desarrollen nuevas técnicas para extraer varios componentes de la madera o, alternativamente, para modificar la madera, por ejemplo, agregando componentes a la madera, aparecerán en el mercado nuevos productos más avanzados. El control electrónico del contenido de humedad también puede mejorar la protección de la madera de última generación.

Arte

La madera se ha utilizado durante mucho tiempo como medio artístico. Se ha utilizado para hacer esculturas y tallas durante milenios. Los ejemplos incluyen los tótems tallados por los indígenas de América del Norte a partir de troncos de coníferas, a menudo de cedro rojo occidental ( Thuja plicata ).

Otros usos de la madera en las artes incluyen:

• Grabado y xilografía
• La madera puede ser una superficie para pintar, como en la pintura de paneles.
• Muchos instrumentos musicales están hechos en su mayoría o en su totalidad de madera.

Material deportivo y recreativo

Muchos tipos de equipos deportivos están hechos de madera o se construyeron con madera en el pasado. Por ejemplo, los bates de cricket suelen estar hechos de sauce blanco. Los bates de béisbol que son legales para su uso en las Grandes Ligas de Béisbol suelen estar hechos de madera de fresno o nogal, y en los últimos años se han construido con arce, aunque esa madera es algo más frágil. Las canchas de la Asociación Nacional de Baloncesto se han hecho tradicionalmente de parquet.

Muchos otros tipos de equipos deportivos y recreativos, como esquís, palos de hockey sobre hielo, palos de lacrosse y arcos de tiro con arco, solían estar hechos de madera en el pasado, pero desde entonces han sido reemplazados por materiales más modernos como el aluminio, el titanio o materiales compuestos como como fibra de vidrio y fibra de carbono. Un ejemplo digno de mención de esta tendencia es la familia de palos de golf comúnmente conocida como los palos de madera, cuyas cabezas se hacían tradicionalmente de madera de caqui en los primeros días del juego de golf, pero ahora se hacen generalmente de metal o (especialmente en el caso de los conductores) compuestos de fibra de carbono.

Degradación bacteriana

Poco se sabe sobre las bacterias que degradan la celulosa. Las bacterias simbióticas en Xylophaga pueden desempeñar un papel en la degradación de la madera hundida. Se han detectado alfaproteobacterias, flavobacterias, actinomicetos, clostridios y bacteroidotas en madera sumergida durante más de un año.