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 son fuertes en tensión e 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 otras partes, como en las raíces de los árboles o arbustos. En un árbol vivo, cumple una función de soporte, permitiendo que las plantas leñosas crezcan grandes o se mantengan en 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 a material diseñado a partir de madera, virutas 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 el celofán y el acetato de celulosa .
En 2020, la masa 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 suscitado un gran interés como fuente de energía renovable. En 2008, se cosecharon aproximadamente 3.97 mil millones de metros cúbicos de madera. [2] Los usos predominantes fueron la construcción de muebles y edificios. [4]
La madera se estudia e investiga científicamente a través de la disciplina de la ciencia de la madera , iniciada desde principios del siglo XX.
Un descubrimiento realizado en 2011 en la provincia canadiense de Nuevo Brunswick reveló las primeras plantas conocidas que produjeron madera, hace aproximadamente entre 395 y 400 millones de años . [5] [6]
La madera se puede datar mediante datación por carbono y, en algunas especies, mediante dendrocronología para determinar cuándo se creó un objeto de madera.
La madera se ha utilizado durante miles de años para diversos fines, como combustible o material de construcción para fabricar casas , herramientas , armas , muebles , embalajes , obras de arte y papel . Se conocen construcciones con madera que datan de hace diez mil años. 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 incorporación del acero y el bronce en la construcción. [7]
La variación anual del ancho de los anillos de los árboles y de las abundancias isotópicas proporciona pistas sobre el clima predominante en el momento en que se cortó el árbol. [8]
La madera, en sentido estricto, es producida por los árboles , que aumentan de diámetro mediante la formación, entre la madera existente y la corteza interna , 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 claras, por ejemplo, en Nueva Zelanda , el crecimiento puede producirse siguiendo un patrón anual o estacional discreto, lo que da lugar a anillos de crecimiento ; estos suelen verse con más claridad 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 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 indistintos o estén ausentes. Si se ha eliminado la corteza del árbol en una zona determinada, es probable que los anillos se deformen a medida que la planta crezca más allá de la cicatriz.
Si hay diferencias dentro de un anillo de crecimiento, entonces la parte del anillo de crecimiento más cercana al centro del árbol, y formada temprano en la temporada de crecimiento cuando el crecimiento es rápido, generalmente está compuesta de elementos más anchos. Por lo general, es de color más claro que la parte cercana a 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. [9] Hay diferencias importantes, dependiendo del tipo de madera. Si un árbol crece toda su vida al aire libre y las condiciones del suelo y el sitio permanecen inalteradas, tendrá su crecimiento más rápido en la juventud y declinará gradualmente. Los anillos anuales de crecimiento son durante muchos años bastante anchos, pero luego se vuelven cada vez más estrechos. Dado que cada anillo sucesivo se establece 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 el ancho de los anillos de crecimiento. En el caso de los árboles que crecen en los bosques, la competencia entre ellos en su lucha por la luz y los nutrientes depende tanto 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 el diámetro de un árbol aumenta, el ancho de los anillos de crecimiento disminuye.
A medida que un árbol crece, las ramas inferiores suelen morir y sus bases pueden quedar cubiertas por capas posteriores de madera del tronco, formando un tipo de imperfección conocida como nudo. La rama muerta puede no estar unida a la madera del tronco excepto en su base y puede desprenderse después de que el árbol haya sido aserrado en tablas. Los nudos afectan las propiedades técnicas de la madera, generalmente reduciendo la resistencia a la tensión, [10] pero pueden aprovecharse para lograr un efecto visual. En un tablón aserrado longitudinalmente, un nudo aparecerá como una pieza de madera "sólida" aproximadamente circular (generalmente más oscura) 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 una yema latente. 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 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 durante el cual la rama estuvo muerta mientras el tallo que la sujetaba seguía creciendo.
Los nudos afectan materialmente el agrietamiento y la deformación, la facilidad de trabajo y la capacidad de 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 grave cuando la madera está sujeta a fuerzas perpendiculares a la fibra y/o tensión que cuando está bajo carga 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 el lado superior está comprimido, mientras que uno en el lado inferior está sujeto a tensión. Si hay una grieta estacional en el nudo, como suele ser el caso, ofrecerá poca resistencia a esta tensión de tracción. Los nudos pequeños pueden ubicarse a lo largo del plano neutro de una viga y aumentan la resistencia al evitar el cizallamiento longitudinal . Los nudos en una tabla o tablón son menos dañinos cuando se extienden a través de él en ángulos rectos hasta su superficie más ancha. Los nudos que se producen cerca de los extremos de una viga no la debilitan. Los nudos sanos que aparecen 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 influyen necesariamente en la rigidez de la madera estructural; ésta 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 una compresión paralela a la fibra.
En algunas aplicaciones decorativas, la madera con nudos puede ser deseable para agregar interés visual. En aplicaciones donde la madera está pintada , como rodapiés, tablas de fascia, marcos de puertas y muebles, las resinas presentes en la madera pueden continuar "filtrándose" a través de la superficie de un nudo durante meses o incluso años después de la fabricación y aparecer como una mancha amarilla o marrón. Una pintura o solución de imprimación para nudos (anudado), aplicada correctamente durante la preparación, puede hacer mucho para reducir este problema, pero es difícil de controlar por completo, especialmente cuando se utilizan existencias de madera secada al horno y producida en masa.
El duramen (o madera de 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 programado genéticamente que ocurre de manera espontánea. Existe cierta incertidumbre en cuanto a si la madera muere durante la formación del duramen, ya que aún puede reaccionar químicamente a los organismos de descomposición, pero solo una vez. [13]
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 descompuesto. 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 delgada es característica de especies como el castaño , la acacia negra , la morera , la naranja de Osage y el sasafras , mientras que en el arce , el fresno , el nogal americano , el almez , el haya y el pino, la albura gruesa es la regla. [14] Algunas otras nunca forman duramen.
El duramen suele distinguirse visualmente de la albura viva y se puede distinguir en un corte transversal en el que 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 dar lugar a confusión.
La albura (o albura [15] ) es la madera más joven y externa; en el árbol en crecimiento es madera viva, [16] y sus principales funciones son conducir el agua desde las raíces hasta las hojas y almacenar y devolver según la estación las reservas preparadas en las hojas. Para cuando se vuelven competentes para conducir el 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, 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 en los pinos de crecimiento abierto .
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 estrechos, se requieren más que si son anchos. A medida que el árbol crece, la albura necesariamente debe volverse más delgada o aumentar 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 hasta el suelo, si no completamente, pero a medida que envejece, algunas o todas ellas acaban muriendo y se rompen o se caen. El crecimiento posterior de la madera puede ocultar por completo los tocones, que permanecerán como nudos. No importa lo liso y claro que sea un tronco por fuera, es más o menos nudoso cerca del centro. En consecuencia, la albura de un árbol viejo, y en particular de un árbol cultivado en el bosque, 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, puede ser muy bien más fuerte que un trozo de duramen del mismo árbol.
Los diferentes trozos de madera cortados de un árbol grande pueden diferir decisivamente, en particular si el árbol es grande y maduro. En algunos árboles, la madera que se coloca al final de la vida de un árbol es más blanda, más ligera, más débil y de textura más uniforme que la producida anteriormente, pero en otros árboles, ocurre lo contrario. Esto puede corresponder o no al duramen y la albura. En un tronco grande, la albura, debido al momento 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, puede ocurrir lo contrario.
En las especies que presentan una marcada diferencia entre el duramen y la albura, el color natural del duramen suele ser más oscuro que el de la albura, y muy frecuentemente el contraste es notorio (véase la sección del tronco de tejo más arriba). Esto se produce por depósitos en el duramen de sustancias químicas, de modo que una variación dramática del 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 realizados con ejemplares de pino de hoja larga muy resinosos indican un aumento de la resistencia, debido a la resina que aumenta la resistencia cuando se seca. Este duramen saturado de resina se denomina "más ligero de grasa". Las estructuras construidas con más ligero de grasa son casi impermeables a la putrefacción y a las termitas , y muy inflamables. Los tocones de los árboles de pinos de hoja larga viejos se suelen extraer, partir en trozos pequeños y vender como leña para el fuego. Los tocones así extraídos pueden permanecer en pie durante un siglo o más desde que se cortaron. La pícea impregnada con resina cruda y secada también aumenta considerablemente 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 utilizarse 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 con poros anulares, los vasos de la madera temprana a menudo aparecen en una superficie terminada como más oscuros que los de la madera tardía más densa, aunque en las secciones transversales del duramen suele suceder lo contrario. De lo contrario, el color de la madera no es una indicación de la resistencia.
La decoloración anormal de la madera suele denotar una condición patológica, lo que indica que no es sólida. La grieta negra de la cicuta occidental es el resultado de ataques de insectos. Las vetas de color marrón rojizo tan comunes en el nogal y en algunas otras maderas son en su mayoría el resultado de heridas causadas por pájaros. La decoloración es simplemente una indicación de una herida y, con toda probabilidad, no afecta por sí misma las propiedades de la madera. Algunos hongos que producen podredumbre imparten a la madera colores característicos que, por lo tanto, se vuelven sintomáticos de debilidad. Las manchas de savia comunes se deben al crecimiento de hongos, pero no necesariamente producen un efecto de debilitamiento.
El agua se encuentra en la madera viva en tres lugares, a saber:
En el duramen, se presenta únicamente en las formas primera y última. 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 nada, o prácticamente nada, en las otras formas. Incluso la madera secada al horno retiene un pequeño porcentaje de humedad, pero para todos los fines, excepto para los químicos, puede considerarse absolutamente seca.
El efecto general del contenido de agua sobre la madera es volverla más blanda y maleable. Un efecto similar ocurre en 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, sobre todo 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 un bloque verde (sin secar) del mismo tamaño.
El mayor aumento de resistencia debido al secado se da en la resistencia máxima al aplastamiento y la resistencia en el límite elástico en compresión longitudinal; a estas les siguen 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 específicamente, ortotrópico ). Está formada por células y las paredes celulares están compuestas por microfibrillas de celulosa (40-50%) y hemicelulosa (15-25%) impregnadas con lignina (15-30%). [17]
En las especies de coníferas o de coníferas , 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 la de la mayoría de las maderas duras . No hay vasos ("poros") en la madera de coníferas, como se ve de forma tan evidente en el roble y el fresno, por ejemplo.
La estructura de las maderas duras es más compleja. [18] La capacidad de conducción del agua se debe principalmente a los vasos : en algunos casos (roble, castaño, fresno) son bastante grandes y distintivos, en otros ( castaño de Indias , álamo , sauce ) demasiado pequeños para ser vistos sin una lupa. Al analizar estas maderas, se suele dividirlas en dos grandes clases: las de poros anulares y las de poros difusos . [19]
En las 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 (como se denomina a las secciones transversales de los vasos) más grandes se localizan en la parte del anillo de crecimiento que se forma en primavera, formando así una región de tejido más o menos abierto y poroso. El resto del anillo, que se forma 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 conducción del agua se distribuye por todo el anillo de crecimiento en lugar de acumularse en una banda o hilera. Ejemplos de este tipo de madera son el aliso , [19] el tilo , [21] el abedul , [19] el castaño de Indias, el arce, el sauce y las especies de Populus , como el álamo temblón, el álamo americano y el 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 templadas, suele haber 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 con un microscopio, se observa que las células de la madera tardía densa tienen paredes muy gruesas y cavidades celulares muy pequeñas, mientras que las que se forman a principios de la temporada tienen paredes delgadas y cavidades celulares grandes. La resistencia está en las paredes, no en las cavidades. Por lo tanto, cuanto mayor sea la proporción de madera tardía, mayor será la densidad y la resistencia. Al elegir una pieza de pino en la que la resistencia o la rigidez sean 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 un trozo pesado de pino con uno ligero, 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 diferentes partes del anillo, y como resultado, la madera tiene una textura muy uniforme y es fácil de trabajar. En los pinos duros , por otro lado, la madera tardía es muy densa y de color profundo, presentando un contraste muy marcado con la madera temprana, blanda y de color pajizo.
No sólo importa la proporción de madera tardía, sino también su calidad. En los ejemplares que presentan una proporción muy elevada de madera tardía, 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 lo tanto, en cierta medida, la resistencia, mediante una inspección visual.
Todavía no se puede dar una explicación satisfactoria de los mecanismos exactos que determinan la formación de la madera temprana y la tardía. Pueden intervenir varios factores. En las coníferas, al menos, la velocidad de crecimiento por sí sola no determina la proporción de las dos porciones del anillo, ya que 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 afecta indudablemente el carácter de la madera formada, aunque no es posible formular una regla que la rija. En general, cuando la resistencia o la facilidad de trabajo son esenciales, deben elegirse maderas de crecimiento moderado a lento.
En las maderas con poros anulares, el crecimiento de cada estación está siempre bien definido, porque los poros grandes formados a principios de la estación lindan con el tejido más denso del año anterior.
En el caso de las maderas duras con poros anulares, parece existir una relación bastante definida entre la velocidad de crecimiento de la madera y sus propiedades. Esto puede resumirse brevemente en la afirmación general de que cuanto más rápido sea el crecimiento o más anchos los anillos de crecimiento, más pesada, más dura, más fuerte y más rígida será la madera. Hay que recordar que esto se aplica únicamente a las maderas con poros anulares, como el roble, el fresno, el nogal americano y otras del mismo grupo, y está, por supuesto, sujeto a algunas excepciones y limitaciones.
En las maderas de buen crecimiento con poros anulares, las fibras de paredes gruesas que dan resistencia suelen ser más abundantes en la madera tardía. A medida que disminuye la anchura de los anillos, esta madera tardía se reduce de modo que un crecimiento muy lento produce una 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 entre el seis y el diez por ciento del volumen del tronco, mientras que en el material de inferior calidad pueden constituir 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 inferior calidad, esta madera tardía se reduce mucho tanto en cantidad como en calidad. Esta variación es en gran medida el resultado de la velocidad de crecimiento.
La madera de anillos anchos se suele denominar "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 una consideración importante, se prefiere este tipo de madera dura de "segundo crecimiento". Este es particularmente el caso en la elección del nogal para mangos y radios . Aquí no solo son importantes la resistencia, sino también la dureza y la resiliencia. [11]
Los resultados de una serie de pruebas realizadas en nogal americano por el Servicio Forestal de Estados Unidos muestran que:
El efecto de la tasa de crecimiento sobre las cualidades de la madera de castaño se resume por la misma autoridad 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 totalmente) invisible a simple vista. Por el contrario, cuando hay una demarcación clara puede no haber 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 del agua se distribuye por todo el anillo en lugar de acumularse en la madera temprana. El efecto de la velocidad de crecimiento, por tanto, no es el mismo que en las maderas de poros anulares, acercándose más a las condiciones de las coníferas. En general, se puede decir que estas maderas de crecimiento medio proporcionan un material más resistente que cuando crecen muy rápido o muy lentamente. 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 la rectitud de la fibra, lo que en la mayoría de los casos se producirá cuando haya poco contraste entre la madera tardía de una temporada de crecimiento y la madera temprana de la siguiente.
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Un material estructural que se asemeja a la madera ordinaria, "dicotiledónea" o de coníferas en sus características generales de manejo es producido por una serie de plantas monocotiledóneas , y a estas también se las llama coloquialmente madera. De estas, el bambú , botánicamente un miembro de la familia de las gramíneas, tiene una importancia económica considerable, y los tallos más grandes se utilizan ampliamente como material de construcción y edificación y en la fabricación de pisos de ingeniería, paneles y chapas . Otro grupo importante de plantas que produce material que a menudo se llama madera son las palmeras . De mucha menor importancia son plantas como Pandanus , Dracaena y Cordyline . Con todo este material, la estructura y la composición de la materia prima procesada es bastante diferente de la madera ordinaria.
La propiedad más reveladora de la madera como indicador de la calidad de la misma es la gravedad específica (Timell 1986), [23] ya que tanto el rendimiento de la pulpa como la resistencia de la madera están determinados por ella. 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/cm3 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 se asocian con la madera verde (saturada de agua) y se denominan gravedad específica básica (Timell 1986). [23]
El Laboratorio de Productos Forestales de Estados Unidos enumera una variedad de formas de definir la gravedad específica (G) y la densidad (ρ) de la madera: [24]
La FPL ha adoptado Gb y G12 para la gravedad específica, de acuerdo con la norma ASTM D2555 [25] . Estas son científicamente útiles, pero no representan ninguna condición que pueda ocurrir físicamente. El Manual de la madera de la FPL también proporciona fórmulas para convertir aproximadamente cualquiera de estas medidas a cualquier otra.
La densidad de la madera está determinada por múltiples factores de crecimiento y fisiológicos 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 en cierta medida en la densidad de la madera. Es de esperar que haya variaciones. Dentro de un árbol individual, la variación en la densidad de la madera suele ser tan grande o incluso mayor que entre diferentes árboles (Timell 1986). [23] La variación de la gravedad específica dentro del fuste 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 utilizar el "peso seco promedio", que es una densidad basada en la masa con un contenido de humedad del 12 % y el volumen con el mismo (ρ 12 ). Esta condición se produce cuando la madera tiene un contenido de humedad de equilibrio con el aire a una humedad relativa de aproximadamente el 65 % 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 las especies de madera y plantas madereras, incluido el bambú. Consulte también Propiedades mecánicas de las maderas tonales para conocer otras propiedades.
Propiedades de la madera: [27] [28]
Propiedades del bambú: [29] [28]
Es habitual clasificar la madera como blanda o dura . La madera de las coníferas (por ejemplo, el pino) se denomina blanda y la madera de las dicotiledóneas (por lo general, árboles de hoja ancha, por ejemplo, el roble) se denomina 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 loblolly, la exposición al viento y la posición del tallo afectan en gran medida la dureza de la madera, así como el contenido de madera de compresión. [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 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 de hierro negro .
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 ) en peso. [31] 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 representa alrededor del 20% en los árboles de hoja caduca, pero cerca del 30% en las coníferas. Se trata principalmente de azúcares de cinco carbonos que están unidos de manera irregular, en contraste con 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 confiere las propiedades hidrófobas 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 enfoque 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 la madera dura y la 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 la madera blanda se deriva principalmente del alcohol coniferílico. [32]
Aparte de los polímeros estructurales , es decir, celulosa , hemicelulosa y lignina ( lignocelulosa ), la madera contiene una gran variedad de constituyentes no estructurales, compuestos de 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 constituyentes estructurales, la composición de los extractivos varía en amplios rangos y depende de muchos factores. [35] La cantidad y composición de los extractivos 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 extractivos. 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 las ramas también contienen extractivos. Aunque los extractivos representan una pequeña fracción del contenido de la madera, generalmente menos del 10%, son extraordinariamente diversos y, por lo 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 muestran diferentes actividades, algunos de ellos se producen en respuesta a heridas y algunos de ellos participan en la defensa natural contra insectos y hongos. [37]
Estos compuestos contribuyen a varias 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. [36] Considerando estos impactos, los extractivos de madera también afectan las propiedades de la pulpa y el papel, y causan muchos problemas importantes en la industria del papel . Algunos extractivos son sustancias tensioactivas y afectan inevitablemente las propiedades de la superficie del papel, como la adsorción de agua, la fricción y la resistencia. [33] 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 son responsables del olor del papel, lo cual es importante al fabricar materiales en contacto con alimentos .
La mayoría de los extractos de madera son lipofílicos y solo una pequeña parte es soluble en agua. [34] La porción lipofílica de los extractos, que se conoce colectivamente como resina de madera , contiene grasas y ácidos grasos , esteroles y ésteres de esterilo, 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 la 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 leña fue el principal producto con una participación del 49 por ciento del total (2.000 millones de m³ ) , seguido de la madera en rollo industrial de coníferas con el 30 por ciento (1.200 millones de m³ ) y la madera en rollo industrial de no coníferas con el 21 por ciento (0.900 millones de m³ ) . Asia y las Américas son las dos principales regiones productoras, representando 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 se ha utilizado como combustible desde hace mucho tiempo [44] , y sigue usándose hasta nuestros días, sobre todo en las zonas rurales del mundo. Se prefiere la madera dura a la blanda porque genera menos humo y arde durante más tiempo. A menudo se considera que añadir una estufa o chimenea de leña a una casa aporta ambiente y calidez.
La madera para pulpa 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 seres humanos comenzaron a construir refugios, casas y barcos. Casi todos los barcos se hacían 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 utilizaba para este propósito, ya que resistía la descomposición siempre que se mantuviera húmedo (también se utilizó para las tuberías de agua antes de la llegada de la plomería más moderna).
En América del Norte, la madera que se utiliza para la construcción se conoce comúnmente como madera aserrada . En otros lugares, el término madera aserrada generalmente se refiere a árboles talados, y la palabra para tablones aserrados listos para usar es madera aserrada . [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 a menudo se fabrican con álamo , pino de nudo pequeño y abeto de Douglas .
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En muchas partes del mundo, las viviendas nuevas se construyen habitualmente con estructuras de madera. Los productos de madera industrializada están ganando terreno en la industria de la construcción y se pueden utilizar tanto en edificios residenciales como comerciales como materiales estructurales y estéticos.
En edificios construidos con otros materiales, la madera seguirá encontrándose 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. Como la madera es higroscópica (adquiere y pierde humedad de las condiciones ambientales que la rodean), esta posible inestabilidad limita de manera efectiva la longitud y el ancho de los tablones.
Los pisos de madera maciza suelen ser más económicos que los de madera artificial y las áreas dañadas se pueden lijar y restaurar repetidamente; la cantidad de veces está limitada solo por el grosor de la madera sobre la lengüeta.
Los pisos de madera maciza se usaron originalmente con fines estructurales, instalándose perpendicularmente a las vigas de soporte de madera de un edificio (las viguetas o vigas) y la madera de construcción sólida todavía se usa a menudo para pisos deportivos, así como también para la mayoría de los bloques de madera tradicionales, mosaicos y parquet .
Los productos de madera industrializada, productos de construcción encolados "diseñados" para requisitos de rendimiento específicos de la aplicación, se utilizan a menudo en la construcción y en aplicaciones industriales. Los productos de madera industrializada encolados se fabrican uniendo hebras de madera, chapas, tablones 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 virutas orientadas y paneles compuestos), madera laminada enchapada (LVL) y otros productos de madera compuesta estructural (SCL), madera de virutas paralelas y vigas en I. [47] Aproximadamente 100 millones de metros cúbicos de madera se consumieron para este propósito en 1991. [4] Las tendencias sugieren que los tableros de partículas y de fibra superarán a la madera contrachapada.
La madera no apta para la construcción en su forma nativa puede descomponerse mecánicamente (en fibras o virutas) o químicamente (en celulosa) y usarse como materia prima para otros materiales de construcción, como madera industrial, así como tableros aglomerados , tableros duros y tableros de fibra de densidad media (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 diversos tipos de suelos, por ejemplo, suelos laminados .
La madera siempre se ha utilizado mucho para fabricar 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 .
Entre los avances que se están produciendo se encuentran nuevas aplicaciones de cola de lignina , envases de alimentos reciclables, aplicaciones de sustitución de neumáticos de caucho, agentes médicos antibacterianos y tejidos o compuestos de alta resistencia. [48] A medida que los científicos e ingenieros sigan aprendiendo y desarrollando nuevas técnicas para extraer diversos componentes de la madera, o alternativamente para modificar la madera, por ejemplo añadiéndole componentes, aparecerán en el mercado nuevos productos más avanzados. El control electrónico del contenido de humedad también puede mejorar la protección de la madera de próxima generación. [49]
La madera se ha utilizado desde hace mucho tiempo como material artístico . Se ha utilizado para hacer esculturas y tallas durante milenios. Algunos ejemplos incluyen los tótems tallados por los pueblos indígenas de América del Norte a partir de troncos de coníferas, a menudo 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 construían con madera en el pasado. Por ejemplo, los bates de críquet 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 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 parqué .
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 comúnmente de madera en el pasado, pero desde entonces han sido reemplazados por materiales más modernos como aluminio, titanio o materiales compuestos como fibra de vidrio y fibra de carbono . Un ejemplo notable de esta tendencia es la familia de palos de golf comúnmente conocidos como maderas , cuyas cabezas se fabricaban tradicionalmente con madera de caqui en los primeros días del juego de golf, pero ahora generalmente están hechas de metal o (especialmente en el caso de los drivers ) de 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 sumergida. Se han detectado Alphaproteobacteria , Flavobacteria , Actinomycetota , Clostridia y Bacteroidota en madera sumergida durante más de un año. [50]
Este artículo incorpora texto de una obra de contenido libre . Licencia CC BY-SA IGO 3.0 (declaración de licencia/permiso). Texto tomado de Anuario estadístico mundial sobre la agricultura y la alimentación 2023, FAO, FAO.
El término duramen se deriva únicamente de su posición y no de ninguna importancia vital para el árbol, ya que un árbol puede prosperar con el corazón completamente descompuesto.
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