La madera es un tejido estructural 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 resisten la tensión y están incrustadas en una matriz de lignina que resiste la compresión. La madera a veces se define solo como el xilema secundario en los tallos de los árboles, [1] o de manera más amplia para incluir el mismo tipo de tejido en otros lugares, como en las raíces de árboles o arbustos. En un árbol vivo desempeña una función de soporte, permitiendo que las plantas leñosas crezcan grandes o se sostengan 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 a materiales fabricados a partir de madera, astillas de madera o fibras .
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 el celofán y el acetato de celulosa .
En 2020, la superficie forestal en crecimiento en todo el mundo era de unos 557 mil millones de metros cúbicos. [2] Como recurso renovable abundante y neutro en carbono [3] , los materiales leñosos han despertado gran interés como fuente de energía renovable. En 2008 se cosecharon aproximadamente 3,97 mil millones de metros cúbicos de madera. [2] Los usos dominantes fueron para muebles y construcción de edificios. [4]
Un descubrimiento realizado en 2011 en la provincia canadiense de Nuevo Brunswick arrojó las primeras plantas conocidas que produjeron madera, hace aproximadamente 395 a 400 millones de años . [5] [6]
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 fabricar casas , herramientas , armas , muebles , embalajes , obras de arte y papel . Las construcciones conocidas con madera se remontan a hace diez mil años. Los edificios como las casas comunales de la Europa neolítica estaban hechos principalmente de madera.
El uso reciente de la madera se ha visto mejorado con la adición de acero y bronce a la construcción. [7]
La variación año tras año en el ancho de los anillos de los árboles y la abundancia isotópica da pistas sobre el clima predominante en el momento en que se taló un árbol. [8]
La madera, en sentido estricto, la producen los árboles , que aumentan de diámetro mediante la formación, entre la madera existente y la corteza interior , de nuevas capas leñosas que envuelven todo el tallo, 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 meristemo lateral y la posterior expansión de las nuevas células. Estas células luego pasan a formar paredes celulares secundarias engrosadas, compuestas principalmente de celulosa , hemicelulosa y lignina .
Cuando las diferencias entre las estaciones son distintas, por ejemplo en Nueva Zelanda , el crecimiento puede ocurrir según un patrón anual o estacional discreto, dando lugar a anillos de crecimiento ; Por lo general, estos se pueden ver más claramente en el extremo de un tronco, pero también son visibles en las otras superficies. Si la distinción entre estaciones es anual (como es el caso en las regiones ecuatoriales, por ejemplo Singapur ), estos anillos de crecimiento se denominan anillos anuales. Cuando hay poca diferencia estacional, es probable que los anillos de crecimiento sean confusos o estén ausentes. Si se ha quitado la corteza del árbol en un área particular, los anillos probablemente se deformarán a medida que la planta crezca 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 que se forma temprano en la temporada de crecimiento cuando el crecimiento es rápido, generalmente se compone de elementos más anchos. Por lo general, tiene un color más claro que el que se encuentra cerca de la parte exterior del anillo y se conoce como madera temprana o madera de primavera. La porción exterior que se forma más adelante en la temporada se conoce como madera tardía o madera de verano. [9] Existen grandes diferencias según el tipo de madera. Si un árbol crece toda su vida al aire libre y las condiciones del suelo y del lugar permanecen sin cambios, crecerá más rápidamente en la juventud y decaerá gradualmente. Los anillos de crecimiento anuales son durante muchos años bastante anchos, pero luego se vuelven cada vez más estrechos. Dado que cada anillo sucesivo se coloca en el exterior de la madera previamente formada, se deduce que, a menos que un árbol aumente materialmente su producción de madera de año en año, los anillos necesariamente deben volverse 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, reduciendo así aún más la anchura de los anillos de crecimiento. En el caso de los árboles cultivados 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, a medida que un árbol aumenta de diámetro, la anchura de los anillos de crecimiento disminuye.
A medida que un árbol crece, las ramas inferiores a menudo mueren y sus bases pueden crecer demasiado y quedar cubiertas por capas posteriores de madera del tronco, formando un tipo de imperfección conocida como nudo. La rama muerta no puede estar adherida a la madera del tronco excepto en su base, y puede caerse después de que el árbol haya sido aserrado en forma de tablas. Los nudos afectan las propiedades técnicas de la madera, generalmente reduciendo la resistencia a la tensión, [10] pero pueden aprovecharse para lograr efectos visuales. En una tabla cortada longitudinalmente, un nudo aparecerá como una pieza de madera "sólida" (generalmente más oscura) aproximadamente circular alrededor de la cual la veta del resto de la madera "fluye" (se separa y se vuelve a unir). Dentro de un nudo, la dirección de la madera (dirección de la veta) es hasta 90 grados diferente de la dirección de la veta de la madera normal.
En el árbol, un nudo es la base de una rama lateral o un capullo latente. Un nudo (cuando es la base de una rama lateral) tiene forma cónica (de ahí la sección transversal aproximadamente circular) con la punta interior en el punto del diámetro del tallo en el que se encontraba el cambium vascular de la planta cuando la rama se formó como yema.
Al clasificar la madera aserrada y la madera estructural , los nudos se clasifican según su forma, tamaño, solidez y firmeza con la que se mantienen en su lugar. Esta firmeza se ve afectada, entre otros factores, por el tiempo que la rama estuvo muerta mientras el tallo adherido seguía creciendo.
Los nudos afectan materialmente el agrietamiento y la deformación, la facilidad de trabajo y la capacidad de división 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 grave cuando la madera está sometida a fuerzas perpendiculares a la fibra y/o tensión que cuando está sometida a cargas a lo largo de la fibra y/o compresión . El grado en que los nudos afectan la resistencia de una viga depende de su posición, tamaño, número y condición. Un nudo en la parte superior se comprime, mientras que uno en la parte inferior se somete a tensión. Si hay un freno de temporada en el nudo, como suele ser el caso, ofrecerá poca resistencia a esta tensión de tracción. Se pueden ubicar pequeños nudos a lo largo del plano neutro de una viga y aumentar la resistencia al evitar el corte longitudinal . Los nudos en una tabla o tabla son menos dañinos cuando se extienden a través de ella 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 ocurren en la porción 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 [11]
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 defectos localizados. La resistencia a la rotura es muy susceptible a defectos. Los nudos sanos no debilitan la madera cuando se somete a compresión paralela a la fibra.
En algunas aplicaciones decorativas, puede ser conveniente utilizar madera con nudos para agregar interés visual. En aplicaciones donde se pinta madera , como rodapiés, tableros de imposta, marcos de puertas y muebles, las resinas presentes en la madera pueden continuar "sangrando" hasta la superficie de un nudo durante meses o incluso años después de la fabricación y mostrarse como un color amarillo. o mancha marrón. Una pintura o solución de imprimación para nudos (anudado), aplicada correctamente durante la preparación, puede contribuir mucho a reducir este problema, pero es difícil controlarlo por completo, especialmente cuando se utilizan existencias de madera secada en horno producidas en masa.
El duramen (o duramen [12] ) 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 de forma espontánea. Existe cierta incertidumbre sobre si la madera muere durante la formación del duramen, ya que todavía puede reaccionar químicamente a los organismos de descomposición, pero sólo una vez. [13]
El término duramen deriva únicamente de su posición y no de ninguna importancia vital para el árbol. Prueba de ello es el hecho de que un árbol puede prosperar con el corazón completamente podrido. Algunas especies comienzan a formar duramen muy temprano en la vida, por lo que solo tienen una fina capa 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 osage-orange y el sasafrás , mientras que en el arce , el fresno , el nogal americano , el almez , el haya y el pino, la albura gruesa es la regla. [14] Otros nunca forman duramen.
El duramen suele ser 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. 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 [15] ) es la madera más joven y exterior; en el árbol en crecimiento es madera viva, [16] y sus funciones principales son conducir el agua desde las raíces a las hojas y almacenar y devolver según la estación las reservas preparadas en las hojas. Cuando 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 sí forman duramen) cultivados al aire libre pueden alcanzar un tamaño considerable, 30 cm (12 pulgadas) o más de diámetro, antes de que comience a formarse el duramen, por ejemplo, en el nogal de segundo crecimiento o en el nogal abierto. pinos crecidos .
No existe una relación definida entre los anillos de crecimiento anuales 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 estrechos, se requieren más que cuando son anchos. A medida que el árbol crece, la albura necesariamente debe adelgazarse o aumentar materialmente de 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 en su totalidad, hasta el suelo, pero a medida que crece, algunas o todas eventualmente morirán y se romperán o caerán. El crecimiento posterior de la madera puede ocultar completamente los trozos que quedarán como nudos. No importa cuán liso y claro sea un tronco por fuera, tiene más o menos nudos cerca del centro. En consecuencia, la albura de un árbol viejo, y especialmente de un árbol forestal, estará más libre de nudos que el duramen interior. 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 determinado de albura, debido a su posición en el árbol, bien puede ser más fuerte que un trozo de madera. duramen del mismo árbol.
Los diferentes trozos de madera cortados de un árbol grande pueden diferir marcadamente, especialmente si el árbol es grande y maduro. En algunos árboles, la madera colocada al final de su vida es más suave, más ligera, más débil y de textura más uniforme que la producida antes, pero en otros árboles se aplica lo contrario. Esta puede corresponder o no a duramen y albura. En un tronco grande, la albura, debido al momento de la vida del árbol en el que creció, puede ser inferior en dureza , resistencia y tenacidad al duramen igualmente sano del mismo tronco. En un árbol más pequeño, puede ocurrir lo contrario.
En las especies que muestran una clara diferencia entre duramen y albura, el color natural del duramen suele ser más oscuro que el de la albura, y muy frecuentemente el contraste es notorio (ver la sección del tronco de tejo más arriba). Éste se produce por depósitos en el duramen de sustancias químicas, de modo 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 ambos.
Algunos experimentos con ejemplares de pino de hoja larga muy resinosos indican un aumento de la resistencia, debido a la resina que aumenta la resistencia cuando está seca. Este duramen saturado de resina se llama "más ligero de grasa". Las estructuras construidas con grasa más ligera son casi inmunes a la putrefacción y a las termitas , y muy inflamables. A menudo se extraen tocones de viejos pinos de hoja larga, se parten en trozos pequeños y se venden como leña para el fuego. Los tocones así excavados pueden permanecer en realidad un siglo o más después de su corte. La picea impregnada con resina cruda y secada también aumenta considerablemente su resistencia.
Dado que la madera tardía de un anillo de crecimiento suele tener un color más oscuro que la madera temprana, este hecho puede utilizarse para juzgar visualmente la densidad y, por tanto, la dureza y resistencia del material. Este es particularmente el caso de las maderas de coníferas. En las maderas con poros anulares, los vasos de la madera temprana a menudo aparecen en una superficie acabada como más oscuros que los de la madera tardía, más densa, aunque en secciones transversales del duramen suele ocurrir lo contrario. De lo contrario, el color de la madera no es indicación de resistencia.
La decoloración anormal de la madera a menudo denota una enfermedad, lo que indica falta de solidez. La marca negra en la cicuta occidental es el resultado de ataques de insectos. Las rayas de color marrón rojizo, tan comunes en el nogal y en otras maderas, son en su mayoría el resultado de lesiones causadas por pájaros. La decoloración es simplemente una indicación de una lesión y, con toda probabilidad, no afecta por sí sola las propiedades de la madera. Ciertos hongos que producen podredumbre imparten a la madera colores característicos que se convierten así en síntomas de debilidad. La tinción común con savia se debe al crecimiento de hongos, pero no necesariamente produce un efecto debilitante.
El agua se encuentra en la madera viva en tres lugares, a saber:
En el duramen se presenta sólo en la primera y última forma. La madera que se seca completamente al aire (en equilibrio con el contenido de humedad del aire) retiene entre el 8% y el 16% del agua en las paredes celulares, y ninguna, o prácticamente ninguna, en las otras formas. Incluso la madera secada al horno retiene un pequeño porcentaje de humedad, pero para todos los fines excepto químicos, puede considerarse 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 con la acción suavizante del agua sobre el cuero crudo, el papel o la tela. Dentro de ciertos límites, cuanto mayor sea el contenido de agua, mayor será su efecto suavizante. La humedad de la madera se puede medir con varios medidores de humedad diferentes .
El secado produce un marcado aumento de la resistencia de la madera, especialmente en 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 de un bloque verde (sin secar) del mismo tamaño.
El mayor aumento de resistencia debido al secado se da en la resistencia última al aplastamiento y la resistencia al límite elástico en la compresión longitudinal; a estos les sigue el módulo de ruptura y la tensión en el límite elástico en flexión transversal, mientras que el módulo de elasticidad es el menos afectado. [11]
La madera es un material heterogéneo , higroscópico , celular y anisotrópico (o más concretamente, ortotrópico ). 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%). [17]
En las especies de coníferas o de madera blanda, las células de la madera son en su mayoría de un solo tipo, las traqueidas , y como resultado el material tiene una estructura mucho más uniforme que el de la mayoría de las maderas duras . En la madera de coníferas no hay vasos ("poros") como los que se ven tan prominentes, por ejemplo, en el roble y el fresno.
La estructura de las maderas duras es más compleja. [18] La capacidad de conducir el agua la cuidan principalmente los barcos : en algunos casos (roble, castaño, fresno) son bastante grandes y distintos, en otros ( castaño de Indias , álamo , sauce ) demasiado pequeños para ser vistos sin una lupa. . Al hablar de estas maderas se acostumbra dividirlas en dos grandes clases, de poros anulares y de poros difusos . [19]
En especies con poros anulares, como el fresno, la acacia negra, la catalpa , el castaño, el olmo , el nogal americano, la morera y el roble, [19] los vasos o poros más grandes (como se llaman 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 vasos más pequeños y una proporción mucho mayor de fibras de madera. Estas fibras son los elementos que dan fuerza y dureza a la madera, mientras que los vasos son una fuente de debilidad. [20]
En las maderas de poros difusos, los poros tienen un tamaño uniforme, de modo que la capacidad de conducir agua se dispersa por todo el anillo de crecimiento en lugar de acumularse en una banda o fila. Ejemplos de este tipo de madera son el aliso , [19] tilo , [21] abedul , [19] castaño de indias, arce, sauce y especies de Populus como álamo temblón, álamo y álamo. [19] Algunas especies, como el nogal y el cerezo , se encuentran en el límite entre las dos clases, formando un grupo intermedio. [21]
En las maderas blandas de zonas templadas, suele haber una marcada diferencia entre la madera tardía y la madera temprana. La madera tardía será más densa que la que se formó al principio de la temporada. Cuando se examinan al microscopio, se ve que las células de la madera tardía densa tienen paredes muy gruesas y cavidades celulares muy pequeñas, mientras que las que se forman primero en la estación 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 un trozo de pino donde la resistencia o la rigidez sean la consideración importante, lo principal a observar son las cantidades comparativas 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 un trozo pesado de pino con uno liviano, se verá inmediatamente que el más pesado contiene una mayor proporción de madera tardía que el otro y, por lo tanto, muestra anillos de crecimiento más claramente delimitados. En los pinos blancos no hay mucho contraste entre las distintas 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 sólo la proporción de madera tardía, sino también su calidad. En ejemplares que muestran una proporción muy grande de madera tardía esta puede ser notablemente más porosa y pesar considerablemente menos que la madera tardía en piezas que contienen menos madera tardía. Se puede juzgar la densidad comparativa y, por tanto, hasta cierto punto la resistencia, mediante una inspección visual.
Aún no se puede dar una explicación satisfactoria sobre los mecanismos exactos que determinan la formación de madera temprana y tardía. Pueden estar implicados varios factores. 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 lugar donde crece el árbol influye indudablemente en el carácter de la madera formada, aunque no es posible formular una regla que lo rija. En general, cuando la resistencia o la facilidad de trabajo son esenciales, se deben elegir maderas de crecimiento moderado a lento.
En las maderas con poros anulares, el crecimiento de cada estación siempre está bien definido, porque los poros grandes que se formaron temprano en la estación lindan con el tejido más denso del año anterior.
En el caso de las maderas duras porosas anulares, 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 cuanto más anchos son los anillos de crecimiento, más pesada, dura, fuerte y rígida es la madera. Debe recordarse que esto se aplica sólo a maderas porosas 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 con poros anulares y de buen crecimiento, suele ser la madera tardía en la que abundan más las fibras de paredes gruesas que aportan resistencia. A medida que disminuye la anchura del anillo, esta madera tardía se reduce de modo que un crecimiento muy lento produce madera comparativamente ligera y porosa compuesta de vasos de paredes delgadas y parénquima leñoso. En el buen roble, estos grandes vasos de la madera temprana ocupan del seis al diez por ciento del volumen del tronco, mientras que en el material inferior pueden representar el 25 por ciento o más. La madera tardía del buen roble es de color oscuro y firme, y se compone principalmente de fibras de paredes gruesas que forman la mitad o más de la madera. En el roble de calidad inferior, esta madera tardía es muy reducida tanto en cantidad como en calidad. Esta variación es en gran medida resultado de la tasa de crecimiento.
La madera de anillos anchos suele denominarse "de segundo crecimiento", porque el crecimiento de la madera joven en masas abiertas 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 importante. Una consideración importante es que se prefiere este tipo de material de madera dura de "segundo crecimiento". Este es especialmente el caso de la elección del nogal para mangos y radios . Aquí no sólo son importantes la fuerza, sino también la dureza y la resiliencia. [11]
Los resultados de una serie de pruebas realizadas con nogal americano por el Servicio Forestal de EE. UU. muestran que:
La misma autoridad resume el efecto de la tasa de crecimiento sobre las cualidades de la madera de castaño de la siguiente manera:
En las maderas de poros difusos, la demarcación entre los anillos no siempre es tan clara y en algunos casos es casi (si no completamente) 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 poros difusos, como se ha dicho, los vasos o poros son de tamaño uniforme, 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 tanto, no es el mismo que en las maderas porosas en anillos, acercándose más a las condiciones de las coníferas. En general, puede afirmarse que estas maderas de crecimiento medio proporcionan un material más fuerte que las de crecimiento muy rápido o muy lento. En muchos usos de la madera, la resistencia total no es la consideración principal. Si se valora la facilidad de trabajo, la madera debe elegirse teniendo en cuenta su uniformidad de textura y rectitud de veta, lo que en la mayoría de los casos ocurrirá cuando hay poco contraste entre la madera tardía de una temporada y la madera temprana de la siguiente.
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El material estructural que se asemeja a la madera ordinaria, "dicotiledónea" o de coníferas en sus características de manejo bruto es producido por varias plantas monocotiledóneas , y a estas también se les llama coloquialmente madera. De estos, el bambú , botánicamente un miembro de la familia de las gramíneas, tiene una importancia económica considerable; los culmos más grandes se utilizan ampliamente como material de construcción y en la fabricación de pisos, paneles y enchapados de ingeniería . Otro grupo vegetal importante que produce material que muchas veces se denomina 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 a la de la madera común.
La propiedad más reveladora de la madera como indicador de su calidad es la gravedad específica (Timell 1986), [23] ya que ésta 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 3 o g/ml). Los términos son esencialmente equivalentes siempre que se utilice el sistema métrico. Al secarse, la madera se encoge y aumenta su densidad. Los valores mínimos están asociados con la madera verde (saturada de agua) y se denominan gravedad específica básica (Timell 1986). [23]
El Laboratorio de Productos Forestales de EE. UU . enumera una variedad de formas de definir la gravedad específica (G) y la densidad (ρ) de la madera: [24]
La FPL ha adoptado G b y G 12 para la gravedad específica, de acuerdo con la norma ASTM D2555 [25] . Estos son científicamente útiles, pero no representan ninguna condición que pueda ocurrir físicamente. El Manual de madera de FPL también proporciona fórmulas para convertir aproximadamente cualquiera de estas medidas en cualquier otra.
La densidad de la madera está determinada por múltiples factores fisiológicos y de crecimiento combinados en "una característica de la madera bastante fácil de medir" (Elliott 1970). [26]
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 las semillas influyen hasta cierto punto en la densidad de la madera. Es de esperarse una variación. Dentro de un árbol individual, la variación en la densidad de la madera es a menudo tan grande o incluso mayor que la que existe entre diferentes árboles (Timell 1986). [23] La variación de la gravedad específica dentro del tronco de un árbol puede ocurrir en dirección horizontal o vertical.
Debido a que la gravedad específica definida anteriormente utiliza una condición poco realista, los carpinteros tienden a usar el "peso seco promedio", que es una densidad basada en la masa con un contenido de humedad del 12 % y el volumen al mismo tiempo (ρ 12 ). Esta condición ocurre cuando la madera tiene un contenido de humedad de equilibrio con el aire a aproximadamente un 65% de humedad relativa y una temperatura de 30 °C (86 °F). Esta densidad se expresa en unidades de kg/m 3 o lbs/ft 3 .
Las siguientes tablas enumeran las propiedades mecánicas de la madera y las especies de plantas madereras, incluido el bambú. Consulte también Propiedades mecánicas de las maderas tonales para conocer propiedades adicionales.
Propiedades de la madera: [27] [28]
Propiedades del bambú: [29] [28]
Es común clasificar la madera como blanda o dura . La madera de las coníferas (p. ej. el pino) se llama madera blanda, y la madera de las dicotiledóneas (normalmente árboles de hoja ancha, como el roble) se llama 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, al menos para ciertas especies. Por ejemplo, en el pino taeda, la exposición al viento y la posición del tallo afectan en gran medida la dureza de la madera, así como el contenido de madera comprimida. [30] La densidad de la madera varía según la especie. La densidad de una madera se correlaciona con su resistencia (propiedades mecánicas). Por ejemplo, la caoba es una madera dura de densidad media 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 .
La composición química de la madera varía de una especie a otra, pero es aproximadamente 50% carbono, 42% oxígeno, 6% hidrógeno, 1% nitrógeno y 1% otros elementos (principalmente calcio , potasio , sodio , magnesio , hierro y manganeso ). por peso. [31] La madera también contiene azufre , cloro , silicio , fósforo y otros elementos en pequeña cantidad.
Además del agua, la madera tiene tres componentes principales. La celulosa , un polímero cristalino derivado de la glucosa, constituye alrededor del 41-43%. La siguiente en abundancia es la hemicelulosa , que ronda el 20% en los árboles de hoja caduca pero cerca del 30% en las coníferas. A diferencia de la celulosa, se trata principalmente de azúcares de cinco carbonos que están unidos de forma irregular. 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 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. Un objetivo importante de la industria papelera es la separación de la lignina de la celulosa, a partir de la cual se fabrica el papel.
En términos químicos, la diferencia entre madera dura y madera blanda se refleja en la composición de la lignina constituyente . La lignina de la madera dura se deriva principalmente del alcohol sinapílico y del alcohol coniferílico . La lignina de madera blanda se deriva principalmente del alcohol coniferílico. [32]
Además 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 pueden extraerse de la madera utilizando diferentes disolventes neutros , como la acetona . [33] Un contenido análogo está presente en el llamado exudado producido por los árboles en respuesta a daños mecánicos o después de ser atacados por insectos u hongos . [34] A diferencia de los componentes estructurales, la composición de los extractos varía en amplios rangos y depende de muchos factores. [35] 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. [33] 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 cambium hasta la médula . Las cortezas y ramas también contienen extractos. Aunque los extractos representan una pequeña fracción del contenido de la madera, normalmente menos del 10%, son extraordinariamente diversos y, por tanto, caracterizan la química de las especies de madera. [36] La mayoría de los extractivos son metabolitos secundarios y algunos de ellos sirven como precursores de otras sustancias químicas. Los extractivos de la madera presentan diferentes actividades, algunos de ellos se producen en respuesta a heridas, y otros participan en la defensa natural contra insectos y hongos. [37]
Estos compuestos contribuyen a diversas propiedades físicas y químicas de la madera, como el color, la fragancia, la durabilidad, las propiedades acústicas, la higroscopicidad , la adhesión y el secado. [36] Teniendo en cuenta estos impactos, los productos extractivos 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 extractos son sustancias tensioactivas e inevitablemente afectan las propiedades de la superficie del papel, como la adsorción de agua, la fricción y la resistencia. [33] Los extractivos lipófilos a menudo dan lugar a depósitos pegajosos durante la fabricación de pulpa kraft y pueden dejar manchas en el papel. Los extractos 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 lipófilos y sólo una pequeña parte es soluble en agua. [34] La porción lipófila de los extractos, que se denomina colectivamente resina de madera , contiene grasas y ácidos grasos , esteroles y ésteres esteriles, terpenos , terpenoides , ácidos resínicos y ceras . [38] 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 . [39]
La mayoría de los extractivos se pueden clasificar en tres grupos: compuestos alifáticos , terpenos y compuestos fenólicos . [33] Estos últimos son más solubles en agua y generalmente están ausentes en la resina.
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La producción mundial de madera en rollo aumentó de 3.500 millones de m³ en 2000 a 4.000 millones de m³ en 2021. En 2021, la madera como combustible fue el principal producto con una participación del 49 por ciento del total (2.000 millones de m³ ) , seguida de la madera en rollo industrial de coníferas con el 30 por ciento (1,2 mil millones de m ³ ) y la madera en rollo industrial de no coníferas, el 21 por ciento (900 millones de m ³ ). Asia y América son las dos principales regiones productoras y representan el 29 y el 28 por ciento de la producción total de madera en rollo, respectivamente; África y Europa tienen participaciones similares del 20 al 21 por ciento, mientras que Oceanía produce el 2 por ciento restante. [43]
La madera tiene una larga historia de uso como combustible, [44] 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 arde por más tiempo. A menudo se considera que agregar una estufa de leña o una chimenea a una casa agrega ambiente y calidez.
La madera para pasta es madera que se cultiva específicamente para su uso en la fabricación de papel.
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La madera ha sido un material de construcción importante desde que los humanos comenzaron a construir refugios, casas y barcos. Casi todos los barcos se fabricaban de madera hasta finales del siglo XIX, y la madera sigue siendo de uso común en la actualidad en la construcción de barcos. El olmo en particular se utilizó para este propósito, ya que resistía la descomposición siempre que se mantuviera húmedo (también sirvió como tubería de agua antes de la llegada de las tuberías más modernas).
La madera que se utiliza para trabajos de construcción se conoce comúnmente como madera aserrada en América del Norte. En otros lugares, la palabra madera suele referirse a árboles talados, y la palabra para designar tablas aserradas listas para usar es madera . [46] 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 Douglas .
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Hoy en día, las viviendas nuevas en muchas partes del mundo se construyen comúnmente con estructuras de madera. Los productos de madera diseñada se están convirtiendo en una parte cada vez más importante de la industria de la construcción. Pueden utilizarse tanto en edificios residenciales como comerciales como materiales estructurales y estéticos.
En edificios construidos con otros materiales, la madera seguirá utilizándose como material de soporte, especialmente en la construcción de tejados, en puertas interiores y sus marcos, y como revestimiento exterior.
La madera también se utiliza comúnmente como material de encofrado para formar el molde en el que se vierte el hormigón durante la construcción de hormigón armado .
Un suelo de madera maciza es un suelo colocado con tablones o listones creados a partir de una sola pieza de madera, normalmente de madera dura. Dado que la madera es hidroscópica (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 vigas de ingeniería y las áreas dañadas se pueden lijar y renovar repetidamente, el número de veces está limitado únicamente por el grosor de la madera sobre la lengüeta.
Los suelos de madera maciza se utilizaban originalmente con fines estructurales, instalándose perpendicularmente a las vigas de soporte de madera de un edificio (las vigas o soportes) y la madera de construcción maciza todavía se utiliza a menudo para suelos deportivos, así como para los bloques de madera, mosaicos y parquet más tradicionales .
Los productos de madera de ingeniería, productos de construcción pegados "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 encolada se fabrican uniendo hebras de madera, enchapados, madera u otras formas de fibra de madera con pegamento para formar una unidad estructural compuesta más grande y más eficiente. [47]
Estos productos incluyen madera laminada encolada (glulam), paneles estructurales de madera (incluidos madera contrachapada , tableros de fibra orientada y paneles compuestos), madera laminada enchapada (LVL) y otros productos de madera estructural compuesta (SCL), madera de filamentos paralelos y vigas en I. [47] En 1991 se consumieron aproximadamente 100 millones de metros cúbicos de madera para este fin. [4] Las tendencias sugieren que los tableros de partículas y de fibra superarán a los contrachapados.
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 la madera de ingeniería, así como tableros aglomerados , tableros duros y tableros medianos. -tablero de fibra de densidad (MDF). Estos 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 suelos, por ejemplo, suelos laminados .
La madera siempre se ha utilizado mucho para muebles , como sillas y camas. También se utiliza para mangos de herramientas y cubiertos, como palillos chinos , mondadientes y otros utensilios, como la cuchara de madera y el lápiz .
Otros desarrollos incluyen nuevas aplicaciones de pegamento de lignina , envases de alimentos reciclables, aplicaciones de reemplazo de neumáticos de caucho, agentes médicos antibacterianos y tejidos o compuestos de alta resistencia. [48] A medida que los científicos e ingenieros aprendan y desarrollen nuevas técnicas para extraer diversos componentes de la madera o, alternativamente, modificar la madera, por ejemplo añadiendo componentes a la madera, aparecerán en el mercado nuevos productos más avanzados. El monitoreo electrónico del contenido de humedad también puede mejorar la protección de la madera de próxima generación. [49]
La madera se ha utilizado durante mucho tiempo como medio artístico . Se ha utilizado para realizar esculturas y tallas durante milenios. Los ejemplos incluyen los tótems tallados por los indígenas norteamericanos a partir de troncos de coníferas, a menudo de cedro rojo occidental ( Thuja plicata ).
Otros usos de la madera en las artes incluyen:
Muchos tipos de equipamiento deportivo están hechos de madera o se construyeron con madera en el pasado. Por ejemplo, los bates de críquet suelen estar hechos de sauce blanco . Los bates de béisbol cuyo uso es legal en las Grandes Ligas de Béisbol suelen estar hechos de madera de fresno o nogal americano , 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 con 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 , se fabricaban habitualmente de madera en el pasado, pero desde entonces han sido sustituidos 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 conocidos como palos de golf , cuyas cabezas se fabricaban tradicionalmente con madera de caqui en los primeros tiempos del juego de golf, pero que ahora se fabrican generalmente de metal o (especialmente en los caso de los conductores ) compuestos de fibra de carbono.
Se sabe poco sobre las bacterias que degradan la celulosa. Las bacterias simbióticas de Xylophaga pueden desempeñar un papel en la degradación de la madera hundida. Se han detectado alfaproteobacterias , flavobacterias , actinomycetota , clostridia y bactereroidota en madera sumergida durante más de un año. [50]
Este artículo incorpora texto de un trabajo de contenido gratuito . Licenciado bajo CC BY-SA IGO 3.0 (declaración/permiso de licencia). Texto tomado de World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023, FAO, FAO.
El término duramen deriva únicamente de su posición y no de ninguna importancia vital para el árbol, ya que un árbol puede prosperar con el corazón completamente podrido.
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