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 de acero y 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, la producen 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 estacional o anual 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. Generalmente 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 invariables, 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 la vegetación y encerradas 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 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, puede ser muy bien más fuerte que un trozo de duramen del mismo árbol.
Los distintos 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 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, 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 acostumbra a 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 el ancho del anillo, esta madera tardía se reduce de modo que un crecimiento muy lento produce una madera comparativamente liviana 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 material 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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El 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 medidas 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]
It is common to classify wood as either softwood or hardwood. The wood from conifers (e.g. pine) is called softwood, and the wood from dicotyledons (usually broad-leaved trees, e.g. oak) is called hardwood. These names are a bit misleading, as hardwoods are not necessarily hard, and softwoods are not necessarily soft. The well-known balsa (a hardwood) is actually softer than any commercial softwood. Conversely, some softwoods (e.g. yew) are harder than many hardwoods.
There is a strong relationship between the properties of wood and the properties of the particular tree that yielded it, at least for certain species. For example, in loblolly pine, wind exposure and stem position greatly affect the hardness of wood, as well as compression wood content.[30] The density of wood varies with species. The density of a wood correlates with its strength (mechanical properties). For example, mahogany is a medium-dense hardwood that is excellent for fine furniture crafting, whereas balsa is light, making it useful for model building. One of the densest woods is black ironwood.
The chemical composition of wood varies from species to species, but is approximately 50% carbon, 42% oxygen, 6% hydrogen, 1% nitrogen, and 1% other elements (mainly calcium, potassium, sodium, magnesium, iron, and manganese) by weight.[31] Wood also contains sulfur, chlorine, silicon, phosphorus, and other elements in small quantity.
Aside from water, wood has three main components. Cellulose, a crystalline polymer derived from glucose, constitutes about 41–43%. Next in abundance is hemicellulose, which is around 20% in deciduous trees but near 30% in conifers. It is mainly five-carbon sugars that are linked in an irregular manner, in contrast to the cellulose. Lignin is the third component at around 27% in coniferous wood vs. 23% in deciduous trees. Lignin confers the hydrophobic properties reflecting the fact that it is based on aromatic rings. These three components are interwoven, and direct covalent linkages exist between the lignin and the hemicellulose. A major focus of the paper industry is the separation of the lignin from the cellulose, from which paper is made.
In chemical terms, the difference between hardwood and softwood is reflected in the composition of the constituent lignin. Hardwood lignin is primarily derived from sinapyl alcohol and coniferyl alcohol. Softwood lignin is mainly derived from coniferyl alcohol.[32]
Aside from the structural polymers, i.e. cellulose, hemicellulose and lignin (lignocellulose), wood contains a large variety of non-structural constituents, composed of low molecular weight organic compounds, called extractives. These compounds are present in the extracellular space and can be extracted from the wood using different neutral solvents, such as acetone.[33] Analogous content is present in the so-called exudate produced by trees in response to mechanical damage or after being attacked by insects or fungi.[34] Unlike the structural constituents, the composition of extractives varies over wide ranges and depends on many factors.[35] The amount and composition of extractives differs between tree species, various parts of the same tree, and depends on genetic factors and growth conditions, such as climate and geography.[33] For example, slower growing trees and higher parts of trees have higher content of extractives. Generally, the softwood is richer in extractives than the hardwood. Their concentration increases from the cambium to the pith. Barks and branches also contain extractives. Although extractives represent a small fraction of the wood content, usually less than 10%, they are extraordinarily diverse and thus characterize the chemistry of the wood species.[36] Most extractives are secondary metabolites and some of them serve as precursors to other chemicals. Wood extractives display different activities, some of them are produced in response to wounds, and some of them participate in natural defense against insects and fungi.[37]
These compounds contribute to various physical and chemical properties of the wood, such as wood color, fragnance, durability, acoustic properties, hygroscopicity, adhesion, and drying.[36] Considering these impacts, wood extractives also affect the properties of pulp and paper, and importantly cause many problems in paper industry. Some extractives are surface-active substances and unavoidably affect the surface properties of paper, such as water adsorption, friction and strength.[33] Lipophilic extractives often give rise to sticky deposits during kraft pulping and may leave spots on paper. Extractives also account for paper smell, which is important when making food contact materials.
Most wood extractives are lipophilic and only a little part is water-soluble.[34] The lipophilic portion of extractives, which is collectively referred as wood resin, contains fats and fatty acids, sterols and steryl esters, terpenes, terpenoids, resin acids, and waxes.[38] The heating of resin, i.e. distillation, vaporizes the volatile terpenes and leaves the solid component – rosin. The concentrated liquid of volatile compounds extracted during steam distillation is called essential oil. Distillation of oleoresin obtained from many pines provides rosin and turpentine.[39]
Most extractives can be categorized into three groups: aliphatic compounds, terpenes and phenolic compounds.[33] The latter are more water-soluble and usually are absent in the resin.
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Global production of roundwood rose from 3.5 billion m³ in 2000 to 4 billion m³ in 2021. In 2021, wood fuel was the main product with a 49 percent share of the total (2 billion m³), followed by coniferous industrial roundwood with 30 percent (1.2 billion m³) and non-coniferous industrial roundwood with 21 percent (0.9 billion m³). Asia and the Americas are the two main producing regions, accounting for 29 and 28 percent of the total roundwood production, respectively; Africa and Europe have similar shares of 20–21 percent, while Oceania produces the remaining 2 percent.[43]
Wood has a long history of being used as fuel,[44] which continues to this day, mostly in rural areas of the world. Hardwood is preferred over softwood because it creates less smoke and burns longer. Adding a woodstove or fireplace to a home is often felt to add ambiance and warmth.
Pulpwood is wood that is raised specifically for use in making paper.
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Wood has been an important construction material since humans began building shelters, houses and boats. Nearly all boats were made out of wood until the late 19th century, and wood remains in common use today in boat construction. Elm in particular was used for this purpose as it resisted decay as long as it was kept wet (it also served for water pipe before the advent of more modern plumbing).
Wood to be used for construction work is commonly known as lumber in North America. Elsewhere, lumber usually refers to felled trees, and the word for sawn planks ready for use is timber.[46] In Medieval Europe oak was the wood of choice for all wood construction, including beams, walls, doors, and floors. Today a wider variety of woods is used: solid wood doors are often made from poplar, small-knotted pine, and Douglas fir.
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New domestic housing in many parts of the world today is commonly made from timber-framed construction. Engineered wood products are becoming a bigger part of the construction industry. They may be used in both residential and commercial buildings as structural and aesthetic materials.
In buildings made of other materials, wood will still be found as a supporting material, especially in roof construction, in interior doors and their frames, and as exterior cladding.
Wood is also commonly used as shuttering material to form the mold into which concrete is poured during reinforced concrete construction.
A solid wood floor is a floor laid with planks or battens created from a single piece of timber, usually a hardwood. Since wood is hydroscopic (it acquires and loses moisture from the ambient conditions around it) this potential instability effectively limits the length and width of the boards.
Solid hardwood flooring is usually cheaper than engineered timbers and damaged areas can be sanded down and refinished repeatedly, the number of times being limited only by the thickness of wood above the tongue.
Solid hardwood floors were originally used for structural purposes, being installed perpendicular to the wooden support beams of a building (the joists or bearers) and solid construction timber is still often used for sports floors as well as most traditional wood blocks, mosaics and parquetry.
Engineered wood products, glued building products "engineered" for application-specific performance requirements, are often used in construction and industrial applications. Glued engineered wood products are manufactured by bonding together wood strands, veneers, lumber or other forms of wood fiber with glue to form a larger, more efficient composite structural unit.[47]
These products include glued laminated timber (glulam), wood structural panels (including plywood, oriented strand board and composite panels), laminated veneer lumber (LVL) and other structural composite lumber (SCL) products, parallel strand lumber, and I-joists.[47] Approximately 100 million cubic meters of wood was consumed for this purpose in 1991.[4] The trends suggest that particle board and fiber board will overtake plywood.
Wood unsuitable for construction in its native form may be broken down mechanically (into fibers or chips) or chemically (into cellulose) and used as a raw material for other building materials, such as engineered wood, as well as chipboard, hardboard, and medium-density fiberboard (MDF). Such wood derivatives are widely used: wood fibers are an important component of most paper, and cellulose is used as a component of some synthetic materials. Wood derivatives can be used for kinds of flooring, for example laminate flooring.
Wood has always been used extensively for furniture, such as chairs and beds. It is also used for tool handles and cutlery, such as chopsticks, toothpicks, and other utensils, like the wooden spoon and pencil.
Further developments include new lignin glue applications, recyclable food packaging, rubber tire replacement applications, anti-bacterial medical agents, and high strength fabrics or composites.[48]As scientists and engineers further learn and develop new techniques to extract various components from wood, or alternatively to modify wood, for example by adding components to wood, new more advanced products will appear on the marketplace. Moisture content electronic monitoring can also enhance next generation wood protection.[49]
Wood has long been used as an artistic medium. It has been used to make sculptures and carvings for millennia. Examples include the totem poles carved by North American indigenous people from conifer trunks, often Western Red Cedar (Thuja plicata).
Other uses of wood in the arts include:
Many types of sports equipment are made of wood, or were constructed of wood in the past. For example, cricket bats are typically made of white willow. The baseball bats which are legal for use in Major League Baseball are frequently made of ash wood or hickory, and in recent years have been constructed from maple even though that wood is somewhat more fragile. National Basketball Association courts have been traditionally made out of parquetry.
Many other types of sports and recreation equipment, such as skis, ice hockey sticks, lacrosse sticks and archery bows, were commonly made of wood in the past, but have since been replaced with more modern materials such as aluminium, titanium or composite materials such as fiberglass and carbon fiber. One noteworthy example of this trend is the family of golf clubs commonly known as the woods, the heads of which were traditionally made of persimmon wood in the early days of the game of golf, but are now generally made of metal or (especially in the case of drivers) carbon-fiber composites.
Little is known about the bacteria that degrade cellulose. Symbiotic bacteria in Xylophaga may play a role in the degradation of sunken wood. Alphaproteobacteria, Flavobacteria, Actinomycetota, Clostridia, and Bacteroidota have been detected in wood submerged for over a year.[50]
This article incorporates text from a free content work. Licensed under CC BY-SA IGO 3.0 (license statement/permission). Text taken from World Food and Agriculture – Statistical Yearbook 2023, FAO, FAO.
The term heartwood derives solely from its position and not from any vital importance to the tree as a tree can thrive with heart completely decayed.
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