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La madera es un material producido a partir del tejido formado por las plantas lenhosas con funciones de sustentación mecánica. Siendo un material naturalmente resistente y relativamente leve, es frecuentemente utilizado para fines estructurales y de sustentación de construcciones. ES un material orgánico, sólido, de composición compleja, donde predominam las hebras de celulose y hemicelulose unidas por lenhina. Se caracteriza por absorber fácilmente agua (higroscopia) y por presentar propiedades físicas diferentes consoante la orientación espacial (ortotropia). Las plantas que producen madera (árboles) son perenes y lenhosas , caracterizadas por la presencia de caules de grandes dimensiones, en general denominados troncos, que crecen en diámetro año tras año. Por su disponibilidad y características, la madera fue uno de los primeros materiales a ser utilizado por la humanidad, manteniendo, a pesar de la aparición de los materiales sintéticos, una imensidade de usos directos y sirviendo de materia-prima para múltiples otros productos. ES también una importante fuente de energía , siendo utilizada como leña para cocinar y otros usos domésticos en una parte importante del mundo. Su utilización para la producción de pulpa está en el origen de la industria papeleira y de algunas industrias químicas en las cuales es utilizada como fuente de diversos compuestos orgánicos. Su utilización en la industria de marcenaria para fabricación de móviles es una de las más expandidas, el mismo aconteciendo en su utilización en carpintaria para construcción de diversas estructuras, incluyendo navíos. La madera es uno de los materiales más utilizados en arquitectura e ingeniería civil. La industria forestal ocupa vastas áreas de la Tierra y la explotación de madera en florestas naturales continúa a ser una de las principales causas de desflorestação y de pérdida de habitat para múltiples especies, amenazando severamente la biodiversidad a nivel planetário.
Tabla de contenido |
Estructura y características de la madera
0 = Médula; 1 Anillos anuales; 2 Feixes vasculares; 3 Rayos primarios; 4 Rayos secundarios; 5 Cambio vascular; 6 Floema; 7 Súber; 8 Cáscara; 9 Ritidoma.
Los árboles crecen en media cerca de 12 cm por año, así la madera es un producto generado de forma lenta, en un proceso que en general dura decenas o centenares de años. Siendo la madera un producto de la fisiologia vegetal, tiene una estructura compleja, compuesta a partir de la estructura celular de la planta que le dio origen, del que resulta una diferenciação radial y longitudinal de sus características físicas y químicas, originando las siguientes partes bien diferenciadas: (1) médula; (2) cerne; (3) borna o alburno ; (4) nodos. En la planta viva esta estructura, recubierta exteriormente por el súber y respectivo ritidoma (la cáscara ), forma el tronco del árbol.
Así, un corte transversal en un tronco de árbol, permite observar que este es formado por varios anillos circules concéntricos, que corresponden al crecimiento del árbol y que organizan su estructura:
- Cáscara – la parte exterior, correspondiente al súber, responsable por la protección del tronco.
- Floema - tejidos superficiales del tronco, responsables por el transporte de seiva .
- Lenho – es la parte del tronco de donde se extrae la madera, comprendida entre la cáscara y la médula, y se divide en dos zonas:
- Médula – corresponde al tejido mole y esponjoso en la parte céntrica del tronco, vestigio del meristema apical del ramo.
Médula
La médula es el vestigio dejado en el centro del tronco por la estructura apical a partir de la cual se desarrolló el tronco de la planta. ES en general una fina estructura (de algunos milímetros de diámetro), casi siempre más oscura del que el material que a rodea y sin cualquier importancia para la determinación de la calidad o usos de la madera. Se forma a partir de las células que constituyeron la zona de crecimiento inicial del rebento que dio origen al tronco y en torno a las cuales se formaron las capas de células que constituyen la madera. Su posición marca el centro de crecimiento a partir del cual se generó el engrossamento del árbol.
Como sería de esperar, las células que constituyeron la médula son progresivamente más jóvenes a medida que se sube al largo del tronco. En los árboles en crecimiento, la médula desemboca en la estructura meristemática activa del meristema apical, a partir de la cual el crecimiento del tronco produce su alargamento en altura.
Cerne
El cerne (palabra que tiene el mismo origen etimológica que núcleo) es la designación dada a la parte del xilema del tronco que ya no participa activamente en la conducción de agua, asumiendo una función esencialmente de soporte mecánico de la estructura de la planta. La distinción entre cerne y alburno (la parte vascularmente activa del xilema) es clara en la mayor parte de las especies, ya que en corte los troncos presentan una porción más oscura de madera en el centro y una porción más clara en la parte externa. La primera corresponde al cerne y la segunda al alburno. Pero, ni siempre esta diferencia es fácilmente percibida, pues el cambio de memoria puede ser gradual y poco marcada.
El cerne es constituido por células muertas, formando una estructura más o menos enrijecida de soporte, en torno a la cual el alburno se va progresivamente formando. A medida que las células del alburno decaem y mueren, van siendo incorporadas en el cerne, el cual va así creciendo radialmente, acompañado la expansión del xilema.
Aunque pueda, dadas sus características higroscópicas, funcionar como un importante reservatório de agua para la planta, el cerne es en su essência una estructura de soporte, no siendo vital para la supervivencia del árbol. No son raras las especies en que es común el apodrecimento y por veces la total destrucción del cerne, sin que tal determine la muerte, o aún la reducción de la vitalidade, de la planta.
Algunas especies comienzan a formar cerne muy pronto y tienen sólo una fina capa de borna viva, mientras que noutras el cambio ocurre lentamente, manteniendo un tronco que es esencialmente compuesto por borna.
En términos de determinación de la calidad de la madera y de sus usos, la dimensión y características del cerne son determinantes, siendo este en general valorado por su dureza y resistencia al ataque por insectos. La madera de cerne es en general preferida para usos en que se requiera durabilidad y resistencia mecánica.
Alburno (o borna)
El alburno, o borna, es la porción viva del xilema al largo de la cual se procesa la circulación de agua y de nutrientes entre la raíz y a los tejidos activos de la planta. Siendo células vivas y con funciones esencialmente de conducción, casi siempre el examen del corte de un tronco revela el alburno como una zona de coloração más clara rodeando la porción interior de memoria más oscura (el cerne). En general la distinción del color es nítido, pero noutras lo contraste es ligero, de modo que no es siempre fácil decir donde una capa acaba y la otra comienza. El color de la borna fresca es siempre clara, a veces casi blanca, aunque sea frecuente un tono amarelado o acastanhado.
La borna es formada por madera comparativamente nueva, comprendiendo las células vivas del árbol en crecimiento. Toda la madera es primero formada como borna y sólo después evoluciona para cerne. En la planta viva, las principales funciones de la borna son conducir el agua de la raíz hasta a la hojas, almacenarla y devolverla en consonancia con la estación del año y las necesidades hídricas de la planta.
Mientras más hojas un árbol soportar, más vigoroso es su crecimiento y mayor el volumen de borna necesaria. Los árboles crecen más rápidamente en locales arejados y luminosos, libres del ensombramento y de la competición de otros árboles, pelo que su borna es más espeso, para un dato tamaño, del que, en la misma especie, cuando crecen en floresta densa.
Los árboles que crecen en clareiras pueden alcanzar un tamaño considerable, por veces con 30 cm o más de diámetro, antes que algún cerne se comience a formar. Un ejemplo de este tipo de desarrollo ocurre en el segundo-crecimiento de la nogueira y en el crecimiento-abierto de los abetos.
Por el contrario, algunas especies comienzan a formar cerne muy pronto y tienen sólo una fina capa de borna viva, mientras que noutras el cambio ocurre lentamente. La borna fina es una característica de árboles como castanho, robínia, amoreira, naranjo-de los-osage y sassafrás . En árboles como ácer, freixo, nogueira, ulmeiro, faia y pinho , la borna espeso es la regla.
No hay una relación definida entre los anillos anuales de crecimiento y la cantidad de borna. Dentro de las mismas especies, el área inter-seccional de la borna es más o menos proporcional al tamaño de la copa del árbol. En consecuencia, si los anillos son estrechos, para una misma dimensión es necesario una mayor cantidad de anillos del que cuando ellos son anchos. A medida que los árboles crecen, la borna tiene necesariamente de hacerse más fino o aumentar en volumen. La borna es más espeso en la porción superior del tronco del árbol del que cerca de la base, porque la edad y el diámetro de las secciones superiores son más pequeñas.
Cuando el árbol es muy joven está cubierta con ramos, cuya inserción por veces va hasta al suelo, pero a medida que envejece algunos o todos irán a morir eventualmente y serán partidos. El crecimiento subsequente de la madera puede esconder completamente las marcas dejadas por la inserción de los ramos, las cuales pero permanecerán como nodos. No importa quão suave y limpio un tronco sea en su exterior, pues será más o menos nodoso cerca de su centro. De ahí resulta que la borna de un árbol viejo, y particularmente de un árbol de floresta, estará más libre de nodos del que el cerne. Como en la mayor parte de los usos de la madera, los nodos son considerados defectos que la enflaquecen e interfieren con su uso, esta más pequeña presencia de nodos lleva a que la borna, a causa de su posición en el árbol, tenga algunas ventajas sobre el cerne.
Nótese que el cerne de árboles antiguos puede permanecer tan son como la borna, alcanzando en muchos casos centenares de años y nalguns casos miles de años.
Cada ramo o raíz partida, cada herida profunda en el tronco resultante del fuego, de la acción de los insectos o de madera caída, resulta en daños en la borna que contribuyen para su declínio, que, una vez iniciado, puede penetrar en todas las partes del tronco. Existen muchos insectos cuyas larvas atacan los árboles, excavando túneles que permanecen indefinidamente como fuentes de flaqueza.
Si un árbol crecer toda su vida al aire libre y las condiciones del suelo y local permaneced imutáveis, ella hará el crecimiento más rápido en su juventud, y gradualmente declinará. Los anillos anuales de crecimiento son los años iniciales bastante anchos, pero se hacen progresivamente más estrechos. Visto que cada anillo sucesivo es depositado en el exterior de la madera previamente formada, sucede que la menos que el árbol aumente su producción de madera de año para año, los anillos deben necesariamente hacerse más finos a medida que el tronco se hace más ancho.
Por otro lado, cuando el árbol alcanza la madurez, la copa se hace más abierta y la producción anual de madera escasseia, reduciendo por eso aún más la anchura de los anillos anuales de crecimiento.
En el caso de árboles crecidos en floresta, la tasa de crecimiento depende de la competencia con los otros árboles, en la competición por la luz y nutrientes , pudiendo alternar periodos de crecimiento lento con periodos de crecimiento rápido. Algunos árboles, tales como carvalhos, mantienen la misma anchura de los anillos por centenares de años. Pero, como regla general, a medida que un árbol se hace mayor en diámetro, la anchura de los anillos anuales decresce.
Pueden haber diferencias notórias en el grano del cerne y borna cortadas de un árbol grande, particularmente de árboles maduros, cuyo crecimiento haya disminuido debido a la edad. Nalgumas árboles, la madera depositada más tardíamente en el árbol es más suave, más clara, más débil, y de textura más uniforme de que la producida en la fase de juventud. Noutras especies, el contrario se aplica.
En un tronco de grandes dimensiones, la borna, debido al tiempo de vida en que el árbol creció, puede ser inferior en dureza y fuerza y ser semejante al cerne del mismo tronco.
Nodos
Los nodos son porciones de ramos incluidos en el tronco de la planta o ramo principal. Los ramos se originan, en regla, a partir del eje céntrico del caule de una planta (la médula ) y, mientras vivos, tal como el tronco, aumentan en tamaño con la adición anual de capas lenhosas. La porción incluida es irregularmente cónica, con la punta en la médula. La dirección de las hebras forma ángulos rectos u oblicuos la grã del caule, produciendo un cruzamento de grãs.
Durante el desarrollo del árbol, la mayoría de los ramos, especialmente los más bajos, mueren, pero continúan prendidos al árbol por algún tiempo, muchas veces por años. Las capas de crecimiento posteriores dejan de ser incluidas en el ramo (ahora muerto), pero son depositados alrededor de él. Así los troços de inserción de los ramos muertos dan origen a los nodos, que son sólo el contenido de uno agujereo llenado con material oriundo del mofo del ramo incluido, y pueden soltarse fácilmente cuando la madera es serrada o sequía. Para los diferentes fines de uso de la madera, los nodos son clasificados en consonancia con la forma, tamaño, sanidad y firmeza con que están prendidos al caule.
Los nodos afectan la resistencia de la madera la rachas y quiebras, así como su maneabilidade y flexibilidad. Esos defectos enflaquecen la madera y afectan directamente su valor, principalmente para el uso en estructuras, donde la resistencia es importante.
La atenuación gana serias proporciones cuando la madera es sometida la tracción y compresión . La extensión de la disminución de la fuerza de una viga depende de su posición, tamaño, número, dirección de las hebras y condición. Los nodos de la faz superior en general son comprimidos, mientras los de la faz inferior son traccionados. Pequeños nodos, sin embargo, pueden estar localizados en la zona neutra de la viga y aumentar su resistencia a la cizalladura longitudinal.
Los nodos en placas o pranchas son menos prejudiciais cuando se extienden a través de ella en sentido transversal a su superficie más ancha. Los nodos que aparecen cerca de las puntas de una viga no a enflaquecen. Los nodos sadios que ocurren en el cuarto céntrico de la altura de la viga de una u otro reborde no son defectos serios.
Los nodos no influéncian materialmente la rigidez de la madera estructural. Solamente los defectos de carácter más serio afectan el límite de elasticidad de las vigas. La rigidez y límite de elasticidad dependen más de la calidad de la hebra de la madera del que de los defectos. El efecto de los nodos es la reducción de la diferencia entre la tensión de las hebras en el límite de elasticidad y el módulo de ruptura de la viga. La resistencia a la quiebra es muy susceptible a los defectos. Los nodos sadios no enflaquecen la madera en cuanto a la compresión paralela al grano.
Para algunas finalidades, como por ejemplo la fabricación de paneles, los nodos son considerados benéficos pues añaden textura visual a la madera, dándole una apariencia más interesante.
Características de la madera
Dada la diversidad de las especies que producen madera, este material presenta gran diversidad de características mecánicas, de densidad, higroscopia, color, grano, resistencia al apodrecimento y al fuego, odor, y múltiples otros factores diferenciadores. Tal diferenciação determina los usos de la madera, haciendo difícil el establecimiento de clasificaciones genéricas.
Maderas duras y maderas blandas
La madera es usualmente clasificada como madera dura o madera blanda. La madera de coníferas (por ejemplo: pinho) es llamada madera blanda, y la madera de árboles latifoleadas (por ejemplo: carvalho) es llamada madera dura. Esa clasificación es a vezes muy desvantajosa. Eso porque algunas maderas duras, como la balsa, son de hecho muy más moles o blandas del que la mayor parte de las maderas blandas, e inversamente, también algunas maderas blandas (por ejemplo: teixo) son muy más duras del que la mayoría de las maderas duras.
Además de eso, maderas de diferentes tipos de árboles tienen diferentes colores y grados de densidad. Eso, aliado al hecho de algunas maderas tengan un crecimiento más largo del que otras, hace con que maderas de diferentes especies hayan calidad y valor comercial diferenciado. Por ejemplo, mientras el mogno, de madera dura y oscura, es excelente para la producción artesanal de móviles finos, la balsa , clara y poco densa, es muy usada para fabricación de cofragens y de moldes constructivos de varios tipos.
Color
En especies que muestran una diferencia distinguida entre el cerne y la borna el color natural del cerne es generalmente más oscura que la borna, y muy frecuentemente lo contraste es conspícuo. Este es producido por depósitos en el cerne de varios materiales resultantes del proceso de crecimiento, aumentado posiblemente por la oxidação y otros cambios químicos, que normalmente tienen poco o ningún efecto apreciável en las propiedades mecánicas de la madera.
Algunas experiencias en especies resinosas de (abeto), pero, indicando un aumento en la resistencia mecánica de la madera. Es decir debido a la resina que aumenta la resistencia cuando sequía.
La borna saturada de resina es llamado resinoso. Las estructuras construidas de pinho resinoso y de otras maderas resinosas son muy resistentes al apodrecimento y al ataque por las térmitas; pero son muy inflamables. Esta última característica lleva a que los restos de pinhos viejos de hojas largas sean frecuentemente cortados en pequeños toros y hendidos en pequeñas piezas que son vendidas como acendalhas.
Visto que la madera más antigua de un anillo de crecimiento es generalmente más oscura en color de que la madera más reciente, este hecho puede ser utilizado en la evaluación de la densidad, y por lo tanto la dureza y resistencia mecánica del material. Este es particularmente el caso con maderas de coníferas. En las maderas con anillos porosos, los vasos de la madera reciente aparecen frecuentemente con una apariencia más oscuros del que la madera más antigua y densa, aunque en las secciones cruzadas del cerne el reverso sea comúnmente verdad. Excepto en ese caso, el color de la madera no es indicadora de su resistencia.
La descoloração anormal de la madera denota frecuentemente una condición de degradación de sus características. Las manchas negras en el abeto occidental son el resultado de los ataques de insectos; rangos rojo-acastanhadas tan comunes en la nogueira y en otras maderas son mayoritariamente el resultado de daños causados por los pájaros. La descoloração es meramente una indicación de daños, no afectando por sí sólo las propiedades de las maderas. El apodrecimento causado por algunos fungos produce alteraciones características en los colores de la madera, coloração que así se hace sintomática de la degradación del material.
Manchas en la borna, muy comunes, son debidas a crecimiento de fungos, pero no producen necesariamente un efecto de atenuación de su estructura.
Teor en agua
lo el agua se encuentra en la madera viva en tres condiciones, a saber: (1) en las paredes celulares; (2) en el contenido protoplasmático de las células; y (3) como agua libre en las cavidades y espacios intercelulares. Siendo constituido por células muertas, en el cerne el agua ocurre sólo en la primera y última formas.
Madera exhaustivamente seca con aire retiene de 8 a 16% del agua en las paredes celulares y sólo vestigios en las otras formas. Pero, aún las maderas secas en hornos retienen un pequeño teor de humedad, pero para cualesquier propósitos que no sean químicos, pueden ser consideradas completamente sequías.
En general el contenido aquoso de la substancia de la madera es que le confiere la maciez y maleabilidad. Un efecto similar y comúnmente observado es el efecto amaciador del agua en el papel o tejido . Dentro de ciertos límites, cuánto mayor la cantidad de agua, mayor su efecto amaciador.
La secagem produce un aumento significativo en la fuerza de la madera, particularmente en espécimes pequeños. Un ejemplo extremo es el caso de un bloque de 5 cm de sección en abeto, completamente seco, que sostiene una carga permanente cuatro veces mayor del que un bloque verde de la misma madera y del mismo tamaño soportaría.
Dada la importancia del teor en agua en la determinación de las propiedades de la madera, su secagem constituye un aspecto importante de la industria madeireira. La secagem consiste en extraer del interior de la madera el exceso de agua, de forma permitir la utilización del material en sus diversas aplicaciones.
La evaporação del agua lleva la madera a contraerse, es decir, a disminuir de volumen; la velocidad de secagem debe, por lo tanto, ser adecuada a los diferentes tipos de madera de forma a evitar daños estructurales causados por variaciones dimensionales diferenciales, como la aparición de fendas o empenamento. En cualquier caso las maderas quedan siempre sujetas a dos fenómenos característicos:
- Retracção – la madera retrai cuando sequía, sufriendo contracción que puede ser mayor o menos consoante las dimensiones de la pieza y sus características, muchas veces acompañada por empenamento, es decir torsor causado por la variación diferencial de las dimensiones, en general determinada por la orientación de las hebras que constituyen la madera;
- Entumecimento – la madera hincha cuando absorbe humedad, aumentando sensiblemente de volumen.
Existen dos tipos básicos de secagem, aquí distinguidos en cuanto al origen y efectos:
- Natural: permite secar la madera solapando las piezas unas sobre las otras de modo a permitir un arejamento uniforme. Este proceso es moroso, exige grandes espacios e imobiliza grandes cantidades de madera. La secagem natural permite secar la madera hasta una humedad mínima del 12%. Abajo de los 20% de humedad la madera resiste a la putrefacção. Abajo de los 30% pueden comenzar a surgir los defectos de secagem: rachaduras, empenamentos, encruamentos, colapsos, abaulamentos, torsores, encanoamentos.
- Artificial: la secagem artificial, hecha a través de estufas propias, permite aumentar la velocidad de la secagem de la madera a la vez que a protege de los fungos e insectos. Exige instalaciones caras, hace la madera menos flexible y oscurece su tono.
En la secagem artificial pueden ser utilizadas diversas técnicas destinadas a acelerar el proceso de secagem o a conferir características específicas al producto. Entre esas técnicas se cuenta la utilización de vapor el alta presión, la utilización de permutadores de calor, la retirada de seiva por inmersión en agua y el uso de vapor de creosote y de otros productos para impregnar la madera.
Estructura de la madera
Un árbol aumenta en diámetro por la formación, entre la madera vieja y el interior de la cáscara, de nuevas capas de madera que envuelven todo el caule, los ramos y las raíces. En condiciones normales, particularmente cuando existe una estación de crecimiento bien definida, una nueva capa se forma en razón por la cual en corte las capas anuales aparecen como anillos concéntricos, constituyendo la base de la dendrocronologia, técnica que permite aferir del número de años de crecimiento del árbol, y de las características de ese crecimiento, por la observación de los anillos formados.
Cada capa de crecimiento es formada por células vegetais de varios tipos, pero en su mayoría es formada por hebras. En las coníferas, o árboles de madera blanda, predominam las células del tipo traqueídeo, del que resulta una madera más uniforme en estructura y aparentemente más blanda, de ahí el nombre dado a ese tipo de maderas. En esas maderas no están presentes los poros que son bien patentes en maderas dichas duras, como a de carvalho o faia .
Cada anillo de crecimiento es formado por dos partes relativamente bien definidas: la parte vuelta para el centro del árbol es en general de textura más abierta y casi siempre más clara del que la parte externa del anillo. Tal ocurre porque la parte interior se formó en el inicio de la estación de crecimiento, cuando este es más rápido, y es conocida por madera temprana o madera de la primavera; la parte externa es conocida por madera del tarde o madera de verano, pues se forma en la fase de declínio del crecimiento que en general corresponde al Verano.
El ciclo de crecimiento del árbol es realizado en dos ciclos - Primavera/verano, con anillo más claro y ancho y Otoño/Invierno, con anillo más oscuro y estrecho. El crecimiento del árbol es formado en el meristema cambiario (zona entre la cáscara interna y la borna) por acción de las condiciones ambientales. Así,también podrán aparecer falsos anillos de crecimiento, originados por variaciones ambientales adversas (irregulares y anormais)para una dada época.
La ciencia de la madera
La ciencia de la madera comprende disciplinas que van desde las más básicas como anatomia, física y química de la madera; hasta las disciplinas dichas tecnológicas como por ejemplo secagem de la madera, tratamiento y preservação de maderas, energía, procesamiento y propiedades mecánicas. En el Brasil esas disciplinas son normalmente ofrecidas en cursos de graduação y post-graduação en ingeniería forestal e ingeniería industrial madeireira, en el cual tiene mayor foco en la madera.
Conexiones externas
