Tesis Final 1 - DSpace@UCLV

República de Cuba
Universidad Central “Marta Abreu” de Las Villas.
Facultad de Construcciones. Departamento de Ingeniería
Civil.
Trabajo de Diploma
Título: Caracterización físico mecánica del Pino
Caribaea de la región central de Cuba.
Autor: José Martínez Fernández.
Tutor: M.Sc. Ing. Rogel Torres Pacheco.
Consultante: Dr. Ing. Rolando Lima Rodríguez.
Año: 2014
Resumen.
El objetivo principal de esta Tesis fue la caracterización físico mecánica del Pino Caribaea
var.caribaea
de la región central del país. Para ello se propuso una metodología de
experimentación adaptada a las posibilidades existentes, debido a limitaciones tecnológicas y
para consultar la bibliografía correspondiente.
El estudio se dirigió principalmente a la realización de ensayos (atendiendo a las regulaciones
normativas existentes para tales efectos), sobre alrededor de 200 pequeñas probetas libres de
defectos procedentes de 25 árboles tomados del Escambray Villaclareño, todas ellas de
madera de pino de la mencionada especie que por nuestras condiciones climáticas la hacen
diferente del resto.
Propiedades físicas tales como; densidad, contenido de humedad, contracción radial y
tangencial fueron determinadas con exactitud. Además propiedades mecánicas de dureza,
resistencia a la compresión paralela y perpendicular a la fibra y a la flexión estática así como
también, los módulos correspondientes. Los resultados se compararon con especies similares
que pertenecen a ecosistemas boscosos situados en diferentes latitudes.
El autor de este estudio expone experiencias y consideraciones personales para quienes
deseen retomar la investigación sobre tan importante tema.
Agradecimientos:
Resulta verdaderamente difícil expresar mi gratitud a todas las personas que me han ayudado
a realizar este trabajo. De manera sencilla quiero agradecer especialmente:

A mis padres porque sin su apoyo y dedicación no hubiese realizado este sueño.

Al resto de mi familia; a mis padrinos; a mis amigos, los de aquí y… los de allá.

A todo el claustro de profesores que intervinieron en mi formación profesional
especialmente, a la Dra. Ing. Lesday Martínez Fernández así como al resto de los
trabajadores de la Facultad de Construcciones.

A mi tutor M.Sc. Ing. Rogel Torres Pacheco y mi profesor consultante Dr. Ing. Civil.
Rolando Lima Rodríguez.

Al M.Sc. Ing. Pedro Nolasco Ruiz y al Ing. Sergio Alfonso Chinea por ofrecerme sus
experiencias.

A los arquitectos Luis Orlando Fernández Squitín, M.Sc. Marlén Martínez Santos y
M.Sc. José Luis Fleites Morales.

A mi amigo Henry Herrera Díaz por su vital apoyo con la madera objeto de estudio de
esta investigación.

A la Dra. Janet Monteagudo Santiago y a la M.Sc. Ing. Leanet Del Valle Gil por
apoyarme constante e incondicionalmente.

Al colectivo de trabajadores del Instituto de Biotecnología de las Plantas, en particular a
mi amigo Deivis Mirabal Rodríguez.

Al colectivo técnico de los laboratorios pertenecientes a la ENIA, a la Fábrica de
Instalaciones Fijas y a la Facultad de Ingeniería Mecánica.

Al personal que labora en la biblioteca provincial ¨José Martí¨.

A nuestro Obispo Mons. Arturo González Amador por permitirme estudiar.

A todas las personas que me ayudaron de alguna forma, a los que creyeron que podía
lograrlo y… a los que no.
Dedicatoria
A toda mi familia, especialmente:
A mi adorada madre por cuidarme y ocuparse tanto de mí.
Al más talentoso y ejemplar de los profesores que haya tenido jamás, mi querido padre.
A mi amado hijo por ser el motor impulsor de mi vida.
José Martínez Fernández.
Índice
Introducción ................................................................................................................................ I
Capítulo 1: Estado del conocimiento sobre la caracterización de la madera. ............................. 1
1.1. Introducción. .................................................................................................................... 1
1.2. Familias Maderables. ....................................................................................................... 5
1.3. Madera aserrada estructural. ........................................................................................... 6
1.4. Eficacia estructural. ......................................................................................................... 7
1.5. Clasificación de la madera. .............................................................................................. 8
1.6. Caracterización y propiedades de la madera. .................................................................. 9
1.6.1. Propiedades físicas. .................................................................................................. 9
1.6.2. Propiedades mecánicas. ......................................................................................... 13
1.6.3. Propiedades elásticas. ............................................................................................ 18
1.7. Experimentación y ensayos para determinar las características físicas mecánicas de la
madera. ................................................................................................................................ 19
1.8. Diseño estructural con madera aserrada. ...................................................................... 33
1.9. Conclusiones parciales del capítulo. .............................................................................. 34
Capítulo 2: Propuesta metodológica de la experimentación. .................................................... 35
2.1. Introducción. .................................................................................................................. 35
2.2. Material y métodos. ....................................................................................................... 35
2.2.1. Datos generales del muestreo. ................................................................................ 35
2.2.2. Clasificación visual. ................................................................................................. 36
2.3. Maquinarias y otros equipos de trabajo. ........................................................................ 38
2.4. Metodología. .................................................................................................................. 41
2.4.1. Determinación de las propiedades físicas. .............................................................. 42
2.4.2. Determinación de las propiedades mecánicas. ....................................................... 44
2.4.3. Conclusiones parciales del capítulo. ....................................................................... 49
Capítulo 3: Evaluación y procesamiento de resultados. ........................................................... 50
3.1 Introducción. ................................................................................................................... 50
3.2. Parámetros de estudio. .................................................................................................. 50
3.3. Presentación de resultados. .......................................................................................... 51
3.3.1. Ensayos para la determinación de propiedades físicas. .......................................... 51
3.3.2. Ensayos para la determinación de propiedades mecánicas. ................................... 54
3.4. Conclusiones parciales. ................................................................................................. 59
Conclusiones generales. .......................................................................................................... 60
Recomendaciones. .................................................................................................................. 61
Referencias bibliográficas. ....................................................................................................... 62
Anexos ..................................................................................................................................... 65
Introducción.
Introducción
La madera, es el material por excelencia más noble que jamás la especie humana ha utilizado
tanto en la industria como en la construcción. Prácticamente todas las culturas de la humanidad
han empleado la madera en la agricultura, pesca, ingeniería, vivienda, etc. Es probablemente el
único recurso renovable que se utiliza a gran escala y que su aprovechamiento no daña al
medio ambiente.
Es un material que de forma permanente se ha utilizado en la construcción, estando presente a
lo largo de toda la historia de la civilización. Así, en las zonas de abundantes bosques la
madera constituía la totalidad de la edificación, desde su estructura, hasta los cerramientos y
cubierta. En zonas con menor cantidad de madera, ésta se usaba en la cubierta y en su
estructura horizontal.
Actualmente hay cierto rechazo a utilizar la madera como material estructural, siendo más
habitual el uso del acero y del hormigón. Ello es debido, en gran medida, a dos condicionantes,
que son la durabilidad de las estructuras de madera y su comportamiento frente al fuego.
Sin embargo, se tiene en muchas ciudades numerosos ejemplos de edificios construidos de
madera que han llegado a nuestros días en un excelente estado de conservación. Aunque la
madera, en principio, es un elemento de construcción más caro que el hormigón y el acero,
ofrece un tipo de diseño, una estética y una calidez que no ofrecen esos otros materiales.
La búsqueda de materiales alternativos de construcción se ha desarrollado generalmente por
razones económicas, buscando materiales que sean factibles y adaptables a condiciones
específicas de los lugares de construcción, sobre todo para el empleo en construcciones de
tipo social.
Situación problémica:
En muchos países, incluyendo Cuba, el uso de la madera en el sector de la construcción
actualmente se ve restringido por la insuficiencia de conocimientos técnicos, de infraestructura
de producción adecuada, de leyes y normas. Cotidianamente se presentan problemas de
diseño constructivo que, la mayoría, queremos resolver con la madera. Sin embargo, rara vez
logramos acercarnos a alguno medianamente eficaz o eficiente.
I
Introducción.
Muchas veces el fracaso ante la incapacidad de lograr el efecto deseado es condicionado por
las limitaciones de disponer de los conocimientos necesarios a cerca de este útil material, que
a pesar de ser poco homogéneo, es bien preciado por sus ventajas.
A partir de los últimos años del pasado siglo hemos visto como en nuestro país se ha estado
empleando, con cada vez más fuerza en materia constructiva, la madera. El desarrollo del polo
turístico de la cayería al norte de nuestra provincia, por ejemplo, muestra modernas
edificaciones constituidas parcial o totalmente de dicho material.
Desde 1988 y con la aprobación de la Norma Cubana 53 -179 quedaron establecidos los
métodos de cálculo para la elaboración de proyectos de estructuras de madera en Cuba. Este
documento continúa utilizándose para tales fines a pesar de presentar algunas limitaciones
además de su inevitable desactualización. La mencionada norma solo brinda valores
aproximados de las propiedades mecánicas en una clasificación simplificada y provisional de
tres tipos de madera: blanda (cedro hembra), mediana (pino de tea) y dura (júcaro negro).
Es evidente que las cifras son bastante conservadoras y además poco representativas pues la
composición de nuestros ecosistemas boscosos ha experimentado cambios en cuanto a la
tipología existente. La población de las maderas mencionadas en dicho documento ha
disminuido
considerablemente
mientras
que
la
repoblación
forestal
se
orienta,
fundamentalmente, hacia la siembra de Pino Caribaea variante caribaea del que no se conocen
dichos parámetros.
Teniendo en cuenta la situación evaluada, el autor del presente trabajo plantea el siguiente
problema.
¿Cómo obtener las propiedades físico-mecánicas a partir de una propuesta metodológica para
la experimentación sobre la madera de Pino Caribaea de la región central del país?
Justificación de la investigación:
Teórica:
Todo el estudio encaminado a la caracterización de esta madera constituye el preámbulo de
futuras investigaciones.
II
Introducción.
Práctica:
Debido al uso cada vez más generalizado de la madera para fines estructurales y al insuficiente
conocimiento acerca de esta variedad de pino que, entre otras razones es el que está al
alcance de la mayoría de los usuarios, consideramos importante su estudio. Lograr un uso
más racional del recurso siempre beneficiará la economía en general.
Hipótesis Condicional:
Si caracterizamos el comportamiento tenso-deformacional del Pino Caribaea a través de
ensayos de laboratorio, estaremos ofreciendo herramientas que contribuirán a mejorar los
diseños de elementos estructurales aplicados a la construcción.
Objetivo principal:
Caracterizar el comportamiento tenso-deformacional del Pino Caribaea del centro del país para
su utilización en elementos estructurales.
Objetivos específicos:
1. Describir las principales características del Pino Caribaea, que permitan caracterizarla
tenso-deformacionalmente.
2. Proponer un esquema de ensayos de laboratorio capaz de revelar el
comportamiento
de la madera Pino Caribaea.
3. Determinar los principales parámetros físico-mecánicos del Pino Caribaea necesarios
para el diseño estructural de elementos de madera.
Tareas científicas:
1. Revisión de la bibliografía para analizar cómo es abordado el tema de la caracterización
de los diferentes tipos de madera que se emplean en la actualidad en nuestro país y los
diferentes métodos de diseño estructural.
2. Organización metodológica de los procedimientos de ensayos de laboratorio para la
obtención de las principales características físico mecánicas.
3. Proposición del esquema de experimentación para la determinación de propiedades de
la madera bajo las condiciones existentes y con los recursos disponibles.
4. Análisis y procesamiento de resultados obtenidos en la experimentación.
III
Introducción.
Novedad científica:
Se ofrece una propuesta metodológica de experimentación basada en la aplicación de normas
técnicas debidamente homologadas donde se obtienen las principales propiedades de la
madera Pino Caribaea para lograr así diseños más asequibles y económicos.
Estructura de la Tesis:
El trabajo de diploma se estructura de la siguiente forma: resumen, una introducción general, 3
capítulos,
conclusiones,
recomendaciones,
referencias
bibliográficas
y
los
anexos
correspondientes.
La estructura del trabajo se muestra a continuación:
 Resumen.
 Índice.
 Introducción.

Situación problémica.

Interrogante.

Justificación de la investigación.

Hipótesis condicional.

Objetivo General.

Objetivos Específicos.

Tareas Científicas.

Novedad Científica.
 Capítulo I: Estado del conocimiento sobre la caracterización físico mecánica de la
madera.
Este capítulo brinda información actualizada a cerca del enfoque que se le da
internacionalmente a las investigaciones referidas a la obtención de las propiedades de
la madera. Su objetivo es exponer los fundamentos teóricos generales que sirven de
punto de partida a la solución del problema científico planteado. Se referencian algunas
de las variantes utilizadas con relación al tema. Se definen algunos conceptos que
serán de utilidad en la comprensión del mismo y de la propuesta de solución.
Finalmente se mencionan algunas conclusiones parciales.
IV
Introducción.
 Capítulo II: Propuesta metodológica de la experimentación.
Este capítulo describe todo el proceso de realización de los diferentes ensayos a partir
de materiales y métodos. Comprende desde la obtención de las pequeñas probetas
libres de defectos, secado de la madera, medición y pesaje del cuerpo de prueba hasta
la culminación del trabajo de laboratorio. Brinda además conclusiones parciales de
resultados.
 Capítulo III: Evaluación y procesamiento de resultados.
Los resultados obtenidos en los ensayos se procesan para dar a conocer los valores
correspondientes a las características físicas y mecánicas de la madera del Pino
Caribaea var. caribaea. Estos criterios son bases comparativas no solo con maderas de
esta misma especie pero de diferentes variedades que crecen y se desarrollan en otras
partes del mundo sino con otras especies. Se ofrecen las conclusiones parciales.
 Conclusiones generales.
 Recomendaciones.
 Referencias Bibliográficas.
 Anexos.
V
Introducción.
Secuencia de la investigación:
VI
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Capítulo 1: Estado del conocimiento sobre la caracterización de
la madera.
1.1. Introducción.
Este capítulo brinda información actualizada acerca del enfoque dado internacionalmente a las
investigaciones referidas a la obtención de las propiedades de la madera. Su objetivo es
exponer los fundamentos teóricos generales que sirven como punto de partida a la solución del
problema científico planteado. Se referencian además algunas de las variantes utilizadas con
relación al tema y se definen algunos conceptos que serán de utilidad en la comprensión del
mismo y de la propuesta de solución. Finalmente se mencionan algunas conclusiones
parciales.
La madera, desde lo más antiguo de la prehistoria hasta nuestros días, se revela como uno de
los materiales más empleados para la construcción de estructuras, incluso, como soporte
especializado para algunos de los seres vivos más antiguos de la tierra.
En la actualidad podría decirse que la edificación ha dado un gran giro, quizás más de
concepto que en lo relativo a sus fundamentos. Los nuevos materiales de propiedades
espectaculares y los medios técnicos tan evolucionados han permitido el desarrollo de
proyectos de gran envergadura. Pero incluso, a pesar de esta evolución, la madera sigue
siendo uno de los materiales por excelencia y, aludiendo a su simplicidad de concepto, sigue
siendo una solución no sólo viable sino ventajosa para muchas de las necesidades
estructurales. Herrero (2003).
La estructura de la madera está compuesta principalmente por células largas y esbeltas
llamadas fibras. Estas células tienen una forma tubular hueca, cuya longitud sigue la dirección
longitudinal del tronco (para el transporte de agua y nutrientes durante su crecimiento). Esto
proporciona a las piezas cortadas de madera una característica que se conoce con el nombre
de fibra; esta se dirige a lo largo de las piezas cortadas de madera. Esto a su vez suministra
una referencia para observar diferentes acciones estructurales relacionadas con la fibra; es
decir si son paralelas, perpendiculares u oblicuas a la misma. (Arriaga y Herrero, 2000).
1
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Los componentes principales de la madera son los siguientes:
- La celulosa, arrollada helicoidalmente en la pared tubular, con una resistencia a la tracción
de 980 kPa (10.000 kg/cm2), superior a la del acero.
- La lignina, que constituye la masa de la pared tubular, actuando como aglomerante de la
celulosa, con una resistencia a la compresión de 235 kPa (2.400 kg/cm2) (superior a la del
hormigón). El origen orgánico de la madera la hace susceptible de ser degradada por
organismos xilófagos. Este hecho permite considerarla como un material naturalmente
biodegradable. Sin embargo, para la actuación de la mayoría de estos organismos xilófagos, se
requieren contenidos de humedad o situaciones que no son frecuentes en una construcción
bien concebida y mantenida.
Estructura del tronco:
Fig. 1.1. Estructura del tronco. (Guzmán, 1990).
La mayor parte de los árboles usados con fines estructurales son exógenos, es decir que
aumentan de tamaño creando madera en la superficie exterior debajo de la corteza.
2
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
En una sección de un tronco podemos apreciar las distintas partes que lo forman, la parte más
externa, la piel del árbol, es la parte que lo protege, se llama corteza y salvo en algunos casos,
como el corcho, tiene escasas aplicaciones.
La siguiente capa llamada "líber" es una corona que envuelve el tronco formada por fibras
elásticas por donde circulan los nutrientes del árbol, llamada también corteza interior.
Por debajo del "líber" encontramos el "cambium" se trata de un tejido elástico formado de
células provistas de una delgada membrana de celulosa. A lo largo del periodo anual del
crecimiento del árbol, el "cambium" forma un anillo; estos son llamados anillos anuales, que
con frecuencia están compuestos por material alternado de color claro y de color oscuro, así
que contando los anillos del corte podemos saber la edad del mismo.
A continuación encontramos otra corona circular llamada "albura" que ya es madera pero
todavía sin madurar, en formación; ésta no se puede trabajar por ser poco estable y resistente.
Debajo de la "albura" está el "duramen" que es la madera propiamente dicha, la que
utilizaremos para los distintos usos, la más interna recibe el nombre de "madera vieja"
distinguiéndose dentro del "duramen" por su color más oscuro.
En el centro del corte que observamos en la Fig. 1.1., como el eje del árbol, está la médula,
que según el tipo de árbol puede ser más o menos gruesa, y con el paso del tiempo puede
secarse y desaparecer. Observando un corte también podremos distinguir el tipo de madera al
que pertenece. Las maderas blandas tienen una fibra de trama ancha mientras que en las
duras la fibra es más compacta.
Según sea el plano o dirección que se considere respecto a la dirección longitudinal de sus
fibras y anillos de crecimiento, el comportamiento tanto físico como mecánico del material,
presenta resultados dispares y diferenciados. Para tener una idea de cómo se comporta, la
madera resiste entre 20 y 200 veces más en el sentido del eje del árbol, que en el sentido
transversal.
El eje tangencial, como su nombre lo indica, es tangente a los anillos de crecimiento y
perpendicular al eje longitudinal de la pieza.
3
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Fig. 1.2. Eje tangencial en una pieza de madera. (Guzmán, 1990).
El eje radial es perpendicular a los anillos de crecimiento y al eje longitudinal.
Fig. 1.3. Eje radial en una pieza de madera. (Guzmán, 1990).
El eje longitudinal es paralelo a la dirección de las fibras y por ende, al eje longitudinal del
tronco. Forma una perpendicular respecto al plano formado por los ejes tangencial y radial.
4
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Fig. 1.4. Eje longitudinal en una pieza de madera. (Guzmán, 1990).
1.2. Familias Maderables.
Especies Coníferas y Latifoliadas.
El tipo particular de árbol del cual proviene la madera se denomina especie, existen dos
grandes grupos botánicos que incluyen la mayor parte de las especies vegetales susceptibles
de suministrar maderas comercializables: las Gimnospermas y Angiospermas a las que
comúnmente se hace referencia de forma simplificada como coníferas, también llamadas como
árboles de madera blanda y latifoliadas también llamadas como árboles de madera dura o de
hojas frondosas. Los términos madera blanda y madera dura no expresan el verdadero grado
de dureza de las distintas especies de árboles. Algunos árboles de madera blanda son tan
duros como los árboles de madera dura de densidad media, en tanto que algunas especies de
árboles de madera dura tienen madera más suave que algunos árboles de madera blanda.
En el grupo de las frondosas están las especies de hoja caduca presentes en todos los
continentes. Normalmente se distingue entre frondosas de zonas templadas y frondosas
tropicales. Se estima que existen en el mundo alrededor de 17.000 especies maderables de las
cuales solo tienen carácter comercial unas 400 y sólo unas cuantas docenas son las
seleccionadas con fines estructurales.
5
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Seguidamente presentamos en detalle la madera objeto de estudio de la investigación.
Pinus caribaea (variedad caribaea): tipo de conífera conocido comúnmente como pino
macho, es una especie de pino nativo de Centroamérica y el Caribe. En Cuba es endémico de
Pinar del Río, Isla de la Juventud y la región central del país. Es un árbol majestuoso y alto que
crece rápidamente y produce una madera resinosa útil para la producción de maderaje y
productos de papel. El pino caribeño se cultiva extensamente en plantaciones a través de los
Trópicos húmedos. (Acosta, 1976; citado en Francis, 1992: 394-395).
El árbol alcanza alturas de 30 m y diámetros de hasta 75cm, aunque en sitios óptimos puede
alcanzar alturas de hasta 45m, con fuste recto y limpio de ramas en los primeros 12m o más
cuando adulto. Copa: piramidal, con ramas bajas horizontales o caedizas y ramas superiores
ascendentes. Corteza: en árboles adultos es gruesa, pardo rojiza, y forma placas ásperas con
profundas fisuras verticales y horizontales. En árboles jóvenes la corteza es más rojiza, áspera
y escamosa. Hojas: en forma de aguja, en fascículos de tres (algunas veces 2, 4 o 5), de 15-25
cm de largo, rígidas, verde oscuro a verde amarillento. La madera es moderadamente liviana,
de coloración clara, con tonos desde amarillo a amarillo-naranja en la albura y de naranja
oscuro a café rojizo en el duramen; textura media a áspera, de grano recto, lustre medio. Fácil
de trabajar con maquinaria, aunque la resina puede causar algunos problemas. Fácil de clavar,
unir, moldurar y tornear, si está libre de resina. Produce resina de buena calidad para la
producción de otros productos. (Rojas y Ortiz, 1990).
Para la realización de este trabajo se tomaron muestras de ejemplares plantados en nuestra
provincia para que los resultados obtenidos sean representativos y cercanos a la realidad.
1.3. Madera aserrada estructural.
Se llama madera aserrada estructural a aquella madera clasificada específicamente para uso
estructural, cuya especie y origen tiene sus propiedades mecánicas determinadas por ensayo
normalizado.
La madera proviene de los árboles. Este es el hecho más importante a tener presente para
entender su naturaleza. El origen de las cualidades o defectos que posee pueden determinarse
a partir del árbol de donde proviene. La madera tiene una compleja estructura natural, diseñada
6
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
para servir a las necesidades funcionales de un árbol en vida, más que ser un material
diseñado para satisfacer necesidades constructivas.
Las primeras referencias a la clasificación de la madera aserrada se remontan a las reglas de
clasificación decorativa escandinava recogidas por Swan Alverdson, en 1754. En 1833, ya
estaban implantadas en estado de Maine (Estados Unidos) reglas de clasificación para sus
maderas comerciales, este ejemplo se fue ampliando posteriormente a la zona de los grandes
lagos y finalmente al sur de Estados Unidos en 1880. A finales del siglo XX se introdujeron
reglas de clasificación en los estados de la zona Oeste. La introducción de las clasificaciones
estructurales cobró un nuevo impulso a partir de 1970 cuando se pasó del ensayo de probetas
de madera de tamaño reducido y libre de defectos a probetas de madera con dimensiones y
características comerciales, con los defectos propios de su calidad. Esta nueva metodología es
la base de las principales normas de clasificación utilizadas en la actualidad, que permiten la
asignación de propiedades mecánicas a un amplio número de especies de madera. (Herrero,
2003).
(Proholz, 1998; citado por Herrero, 2003) define la madera aserrada como la utilizada para
fines portantes y que ha sido sometida a un procesado mínimo de transformación que no
incluye ni encolados ni ensambles de unión dentada, y que se obtiene mediante aserrado
longitudinal del tronco y cepillado. Según las dimensiones y la relación entre las dimensiones
de la sección de las piezas (grosor y altura), es habitual referirse a ellas como listones, tablas,
tablones, madera escuadrada o madera de gruesa escuadría.
1.4. Eficacia estructural.
Si alguna propiedad de la madera como elemento estructural destaca entre otras es su gran
eficacia estructural, entendiendo como eficacia la relación existente entre la funcionalidad de la
estructura frente el coste global de producción.
Desde un punto de vista estructural la madera es el producto de un proceso evolutivo de
millones de años encaminado a soportar esfuerzos de flexión y compresión con el menor gasto
energético posible. Basta con fijarse en la estructura de un árbol para comprender cómo el
tronco y las ramas han sido especialmente diseñadas para resistir el peso propio y la acción del
viento o de la nieve.
7
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Tabla 1. Comparación de eficacia estructural en relación al peso y precio (Argüelles et al., 2000;
citado en Herrero, 2003).
Es por eso que, en determinados usos cabe considerar a la madera como un material
estructural alternativo y competitivo. Hasta hace unas décadas era frecuente en obras de
rehabilitación y restauración la sustitución directa y sistemática de las estructuras de madera
por estructura metálica por el simple hecho de la desconfianza o el desconocimiento de la
madera. Cada material tiene unas ventajas específicas y, por tanto, será más adecuado a
determinadas aplicaciones. Herrero (2003).
1.5. Clasificación de la madera.
La madera es por su naturaleza un material heterogéneo y como tal presenta importantes
variaciones en sus parámetros. Por consiguiente, para utilizarla como elemento estructural,
debe clasificarse con el objeto de caracterizar sus propiedades mecánicas según el uso
previsto. En principio hay que diferenciar entre los métodos de clasificación:

Visual: en los que se evalúan visualmente características como el tamaño de los nudos,
la desviación de la fibra o la anchura de los anillos de crecimiento, entre otros.
Según Calleja (2013) es el más utilizado de los dos procedimientos. Basada en la
determinación de la calidad resistente de la madera aserrada a partir de las
singularidades que presentan las vigas, es un método que permite una rápida y
económica clasificación de la madera, siendo además una técnica segura para el cliente
pero severa para el productor, y por tanto subestima el material. En la actualidad se
buscan ecuaciones que permitan estos cálculos con técnicas sencillas y rápidas, de
forma eficaz y fiable, que permitan la determinación de la calidad de la madera aserrada
y su uso posterior.

La clasificación mecánica a través de métodos no destructivos (NDT, Non Destructive
Testing) viene desarrollándose desde el siglo XX, trata de identificarlas propiedades
físicas y mecánicas o defectos de un material o estructura sin modificar sus
8
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
capacidades de uso. Éstas técnicas son adecuadas para medir algunos parámetros que
estén relacionados con las propiedades de la madera (Pellerin y Ross, 2002; citado en
Calleja, 2013).

La clasificación mecánica a través de métodos destructivos; donde sus características
no se evalúan visualmente sino a través de ensayos realizados con máquinas para
determinar los diferentes módulos de rotura del material.
1.6. Caracterización y propiedades de la madera.
La madera como material complejo, posee características que dependen no solo de su
composición sino también de su constitución (o de la manera en que estén colocados los
elementos que lo forman).
1.6.1. Propiedades físicas.
Las propiedades físicas de la madera son aquellas que determinan su comportamiento ante los
distintos factores que intervienen en el medio ambiente normal, sin producir ninguna
modificación química de su estructura.
Anisotropía
La madera no es un material homogéneo, sino un material muy diferente según el plano o la
dirección que reconsidere. Esto hace que sea necesario referenciar el plano o la sección
considerada. La madera, es más resistente a los esfuerzos axiles que tangenciales, siendo
también de diferente comportamiento a la dirección radial.
Heterogeneidad
Se puede decir que la madera es un material heterogéneo, puesto que los diferentes elementos
anatómicos que la forman, se pueden combinar de forma distinta según la especie de madera
considerada, pudiendo incluso existir diferencias dentro de la misma especie según sea su
procedencia (Díez et al., 2000).
Higroscopicidad
La madera es un material higroscópico que presenta una marcada afinidad por el agua, que
hace que permanezca en equilibrio dinámico con las condiciones higrotérmicas del medio en el
9
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
que se encuentre, es decir, que tiende a absorber o a perder agua según las condiciones de
humedad relativa y temperatura del aire. De esta forma a cada estado ambiental corresponde
un grado de humedad de la madera, llamado humedad de equilibrio higroscópico (HEH).
Humedad.
La madera contiene agua de constitución, inherente a su naturaleza orgánica, agua de
saturación, que impregna las paredes de los elementos leñosos, y agua libre, absorbida por
capilaridad por los vasos y traqueidas.
La humedad de la madera varía entre límites muy amplios. En la madera recién cortada oscila
entre el 50 y 60 por ciento, y por imbibición puede llegar hasta el 250 y 300 por ciento. La
madera secada al aire contiene del 10 al 15 por ciento de su peso de agua, y como las distintas
mediciones físicas están afectadas por el tanto por ciento de humedad, se ha convenido en
referir los diversos ensayos a una humedad media internacional de 15 por ciento. La humedad
de las maderas se aprecia, además del procedimiento de pesadas, de probetas, húmedas y
desecadas, y el calorimétrico, por la conductividad eléctrica, empleando girómetros eléctricos.
Estas variaciones de humedad hacen que la madera se hinche o contraiga, variando su
volumen y, por consiguiente, su densidad.
Los métodos existentes para determinar el contenido de humedad son, método de la pesada,
método de destilación y el empleo de medidores eléctricos (Torres, 1971; NCh 176/1.Of84).
Según Cuevas (2003) citado por Díaz (2005), el contenido de humedad de la madera se
calcula con la siguiente expresión:
Fórmula (1.1) Cuevas (2003).
* 100
Donde:
H: porcentaje de humedad (%)
PH : Peso en el estado húmedo
PO : Peso en el estado seco
En la construcción las maderas deben utilizarse siempre descortezadas y secas.
10
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Antes de la construcción, la madera deberá secarse a un contenido de humedad apropiado y
tan parecido como sea práctico al contenido de humedad en equilibrio promedio de la región en
la cual estará la estructura. Si el contenido de humedad de la madera excede el límite indicado
para la madera seca (15 por ciento), el material solamente podrá usarse si el riesgo de
pudrición en el tiempo que dure el secado es eliminado.
Densidad y Peso específico.
La relación que existe entre la masa y el volumen de un cuerpo se llama densidad. Por
costumbre cuando se usa el sistema métrico se toma la masa como el peso del cuerpo. El
peso de la madera es la suma del peso de parte sólida más el peso del agua. El volumen de la
madera es constante cuando están en el estado verde, el volumen disminuye cuando el
contenido de humedad es menor que el punto de saturación de las fibras y vuelve a ser
constante cuando se ha alcanzado el estado anhidro o seco al horno.
La Norma Chilena NCh176/2.Of86 modificada en 1988, hace referencia a distintos tipos de
densidad.
a) Densidad de referencia: relación entre la masa y el volumen de la probeta,
determinados ambos a un mismo contenido de humedad, para este tipo de densidad se
definen.
I.
Densidad anhidra: relación entre la masa y el volumen de la probeta en estado
anhidro.
II.
Densidad normal: relación entre la masa y el volumen determinados ambos a
un mismo contenido de humedad igual al 12%.
b) Densidad básica: relación entre la masa de la probeta en estado anhidro y el volumen
de la probeta en estado verde.
c) Densidad nominal: relación entre la masa de la probeta en estado anhidro y el
volumen de la probeta al contenido de humedad en el ensayo (generalmente 12% CH).
El peso específico es la relación entre el peso de la madera, a un determinado contenido de
humedad, y el peso del volumen de agua desplazado por el volumen de la madera.
Considerando que el agua tiene densidad igual a 1 puede decidirse que la relación entre la
densidad de la madera dividida entre la densidad del agua igualan a su peso específico. En el
sistema métrico la densidad y el peso específico tienen el mismo valor.
11
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
La densidad es el cociente entre la masa y el volumen de la madera, la cual varía con la
humedad es decir, cuando la humedad crece, la densidad también crece (Karsulovic, 1982;
Pérez, 1983; Cuevas, 2003).
Fórmula 1.2 Cuevas (2003)
Donde:
V
Según (Goche et al., 2011) la densidad básica de la madera varía ampliamente dentro de un
árbol, desde la médula hacia el exterior o desde la base del tronco hacía la copa. Para Goche
et al. (2000) la variación es inherente a la especie, que la hace diferente a otras. Aunque puede
estar influenciada por la edad, la forma del árbol, las diferencias genéticas, la velocidad de
crecimiento y la historia evolutiva según (Kort et al., 1991; Zobel y Talbert, 1994; Valencia,
1994; Pittermann et al., 2006).También es el resultado de factores externos como: la luz, el
suelo, la humedad y temperatura, así como de la competencia con otros organismos que
forman parte del medio ambiente del árbol, todos ellos afectan su crecimiento y originan
variaciones en la madera entre árboles o en piezas del mismo individuo (Jane, 1970; Dalla et
al., 2009)
Contracción e Hinchamiento
La madera cambia de volumen según la humedad que contiene. Cuando pierde agua, se
contrae o merma, siendo mínima en la dirección axial o de las fibras, no pasa del 0.8 por
ciento; de 1 a 7.8 por ciento, en dirección radial, y de 5 a 11.5 por ciento, en la tangencial. La
contracción es mayor en la albura que en el corazón, originando tensiones por desecación que
agrietan y alabean la madera. El hinchamiento se produce cuando absorbe humedad. La
madera sumergida aumenta poco de volumen en sentido axial o de las fibras, y de un 2.5 al 6
por ciento en sentido perpendicular; pero en peso, el aumento oscila del 50 al 150 por ciento.
La madera aumenta de volumen hasta el punto de saturación (20 a 25 por ciento de agua), y a
partir de él no aumenta más de volumen, aunque siga absorbiendo agua.
12
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Dureza
La dureza de la madera es la resistencia que opone al desgaste, rayado, clavado, etc.
Depende de su densidad, edad, estructura y si se trabaja en sentido de sus fibras o en el
perpendicular. Mientras más vieja y dura es, mayor la resistencia que opone. La madera de
corazón tiene mayor resistencia que la de albura: la crecida lentamente obtiene una mayor
resistencia que la madera que crece de prisa.
Entre los métodos para la determinación de la dureza se cuenta con el ensayo que se realiza
con el mecanismo de Janka, que consiste en una semiesfera, cuya sección ecuatorial mide
1cm2. El ensayo consiste en comprimir esta semiesfera contra la madera en dirección
perpendicular a la fibra y en un plano radial o tangencial. La penetración se realiza a una
velocidad de 6.25 milímetros por minuto. El valor de dureza Janka es la fuerza necesaria para
que penetre en la madera toda la semiesfera.
Hendibilidad
Se llama también facilidad a la raja y es la aptitud de las maderas a dividirse en el sentido
longitudinal bajo la acción de una cuña. El rajado es más fácil, en sentido de los radios.
Conductividad
La madera seca es mala conductora del calor y electricidad, no así cuando está húmeda. La
conductividad es mayor en el sentido longitudinal que en radial o transversal, y más en las
maderas pesadas que en las ligeras o porosas, por lo cual se emplean como aisladores
térmicos en las paredes.
Dilatación térmica
El coeficiente de dilatación lineal de la madera es muy pequeño, pudiendo ser despreciado.
1.6.2. Propiedades mecánicas.
Según Sotomayor (2002), las características mecánicas de la madera encuentran su aplicación
en el diseño de estructuras. En la actualidad, el ingeniero y el arquitecto pueden considerar que
la madera funciona mecánicamente como un sólido elástico y macroscópicamente homogéneo
que obedece a las leyes de la resistencia de materiales y que, dentro de ciertos límites de
13
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
calidad y variabilidad, puede ser un material confiable para su incorporación en el proceso
constructivo.
Las principales características mecánicas de la madera útiles en la edificación con este material
son: El Módulo de Elasticidad, el Módulo de Rigidez, el Módulo de Ruptura y la Resistencia al
Límite Elástico. Esta definición es incompleta al no mencionar que las características
mecánicas de cada madera en particular, son delimitadas por las variables físicas de referencia
para la especie y las condiciones durante la determinación de la cota mecánica: Densidad,
Contenido de Humedad y Temperatura y, sobre todo, las condiciones reales de servicio de la
madera. Además, la industria de la construcción requiere de información confiable y
estandarizada sobre la calidad tecnológica de la madera, para así poder incorporar este
material al proceso de edificación. Esta conclusión implica a su vez proponer que la
investigación del comportamiento mecánico de la madera debe orientarse hacia las
necesidades propias de la industria.
Díez (2000) planteó que tradicionalmente, se han considerado como propiedades mecánicas:
 Resistencia a la tracción paralela y perpendicular a la fibra.
 Resistencia a la compresión paralela y perpendicular a la fibra.
 Resistencia a flexión.
 Resistencia al cortante.
En la actualidad la resistencia de la madera se suele expresar en forma de valor característico,
el cual no es sino el quinto percentil de una distribución de frecuencia de la resistencia.
Representa pues, el valor de la resistencia que garantiza que el 95 % de la población presenta
una resistencia igual o superior al valor seleccionado.
 Resistencia a la tracción
La tracción es el esfuerzo a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que
actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo. La madera, posee una elevada resistencia a la
tracción paralela a las fibras, motivada por la elevada resistencia que las cadenas de celulosa
presentan ante esta solicitud mecánica.
14
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Por otro lado, su resistencia a la tracción perpendiculares muy baja, del orden de 30 a 70 veces
inferiores. Esta falta de resistencia transversal, es debida a la orientación marcadamente
longitudinal de la estructura de la madera, muy preparada para resistir las solicitaciones de
flexión a que se ve sometido un árbol en pie. Conforme la estructura transversal de una
especie sea más marcada, esta tendrá una mayor resistencia a la tracción transversal.
Esto se pone claramente de manifiesto en la aparición de frendas longitudinales en los
elementos de directriz curva, así como en las uniones y apoyos en las que hagan acto de
presencia estas solicitaciones. Se suele afirmar que la resistencia a la tracción viene muy
afectada por la calidad de la madera pero que no es sensible a la humedad, de ahí que no
suelan considerarse factores correctores (Díez 2000).
 Resistencia a la compresión.
Si se considera madera libre de defectos, su resistencia a la tracción paralela es mayor que la
de compresión paralela. Este hecho se pone de manifiesto en el ensayo a flexión de probetas
libres de defectos, en el que puede observarse que el fallo se suele producir por aplastamiento
de las fibras en la zona comprimida.
Por el contrario, en la madera clasificada (en madera sin defectos sería al revés), la resistencia
a la compresión es mayor que la resistencia a la tracción, a la vez que la diferencia de valores
entre las dos direcciones (paralela y perpendicular) es menos acusada.
La rotura de la madera solicitada a compresión no resulta clara ya que lo que se produce en la
práctica es un aplastamiento de las fibras, pudiendo el material seguir aguantando
solicitaciones.
La resistencia a la compresión viene muy afectada por el contenido de humedad de la madera,
pero la calidad de la madera la afecta menos que en tracción (Díez 2000).
 Resistencia a la flexión
Esta propiedad es una combinación de las dos citadas anteriormente, aunque por razones
prácticas es frecuente considerarla como independiente.
15
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
La madera presenta una notable resistencia a la flexión, sobre todo si se compara con su
densidad. El Módulo de Rotura (MOR) refleja la máxima capacidad de carga en flexión de un
elemento y es proporcional al momento máximo soportado. El Módulo de Rotura es un criterio
aceptado de resistencia aunque no es una medida real de la tensión porque la fórmula que se
emplea para su cálculo sólo es válida hasta el límite elástico.
La flexión de una pieza genera tensiones y compresiones de tracción paralelas a la fibra, que
adoptan valores máximos en las fibras externas de la pieza y nulos en la fibra neutra.
El comportamiento a flexión de la madera es distinto al de la madera real ya que en el primer
caso se puede observar que la rotura se produce compresión (por aplastamiento de las fibras
en la zona comprimida) y en el segundo por tracción, por rotura de las fibras de la zona
traccionada (debido a la mayor incidencia que los nudos tienen en la resistencia a la tracción).
La resistencia a la flexión viene afectada no sólo por el tamaño de los nudos sino por su
frecuencia, de forma que nudos grandes repetidos, aunque sean pocos, influyen más que los
nudos pequeños muy abundantes. La influencia de la humedad es menos acusada que en
compresión, presentando, como es lógico, un comportamiento intermedio entre tracción y
compresión (Díez 2000).
 Resistencia al cortante
El cortante es debido a solicitaciones en dirección perpendicular a las fibras. Estas
solicitaciones pueden generar otras de tipo tangencial como consecuencia de la deformación
de la madera.
La manifestación del cortante puede tener tres formas distintas:

Cortante puro: las fibras son cortadas transversalmente por la acción del esfuerzo
que se genera en dirección perpendicular a las fibras. El fallo se produce por
aplastamiento y posterior rotura de las fibras. Este tipo de roturas es
extraordinariamente raro en estructuras reales.
16
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.

Deslizamiento: producido por tensiones de tipo tangencial, generadas por la
acción del cortante y provocadas por la deformación de las piezas de madera
solicitadas a flexión. La rotura se produce por deslizamiento de unas piezas sobre
las otras en dirección longitudinal. La resistencia en este caso viene fuertemente
afectada por la existencia previa de fendas en la estructura.

Rodadura: similar al anterior pero en dirección transversal, produciéndose la
rodadura de unas fibras sobre las otras. Este tipo de rodadura se produce en
casos contados, tales como el encuentro de alas y almas de perfiles de doble T o
en tableros contrachapados. Su resistencia es del orden de 20% al 30% de la
resistencia por desplazamiento.
La influencia del cortante en la deformación a flexión es mucho más marcada en la madera que
en el hormigón y el acero; y por otro lado, la resistencia al cortante viene fuertemente afectada
por el contenido de humedad de la madera.
Sotomayor (2002) afirmó que las principales características mecánicas de la madera útiles en
el proceso de edificación con madera son:
El Módulo de Elasticidad, característica que cuantifica la capacidad de una madera a
deformarse en el dominio elástico cuando una solicitación mecánica es aplicada durante un
periodo determinado.
El Módulo de Rigidez, particularidad que manifiesta la aptitud de deformación elástica de la
madera expuesta a esfuerzos de tipo cortante.
El Módulo de Ruptura, parámetro que expresa el esfuerzo máximo en el momento que falla
mecánicamente un elemento en un proceso de carga – deformación.
La Resistencia al Límite Elástico, dato que señala la máxima capacidad de resistencia
mecánica elástica del material.
Para cada madera en particular, sus características mecánicas son delimitadas por:
 Las variables físicas de referencia para la especie y las condiciones durante la
determinación de la cota mecánica: Densidad, Contenido de Humedad y Temperatura.
17
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
 El tipo de solicitación en el ensayo: Flexión, Tensión, Compresión, Cortante,
Relajamiento o Flujo.
 La velocidad de ensayo: Estática o Dinámica.
 La orientación en el plano leñoso respecto a un referencial local de geometría: radial,
tangencial o longitudinal.
 Y sobre todo, las condiciones reales de servicio de la madera.
La tabla 2, adaptada de Sotomayor (1987) citado por Sotomayor (2002), presenta un esquema
general para identificar una característica mecánica y su significado físico.
Tabla 2. Esquema para identificar una característica mecánica y su significado físico. (Sotomayor,
2002)
1.6.3. Propiedades elásticas.
Cualquier tipo de solicitación aplicada a la madera produce en esta una deformación en la
dirección del esfuerzo. Si esta deformación es recuperable y se mantiene proporcional al
esfuerzo aplicado, se dice que se encuentra ante un comportamiento elástico.
Este comportamiento no se mantiene indefinidamente en la madera, de forma que para una
solicitación creciente llega un momento, normalmente llamado límite de proporcionalidad (que
en una solicitación a flexión se sitúa en el intervalo del 70 al 80 % de la carga última, o de
rotura) a partir del cual las deformaciones dejan de ser proporcionales al esfuerzo aplicado,
18
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
creciendo de forma rápida y dejando de ser totalmente recuperables (aparece una componente
permanente), encontrándose bajo un comportamiento inelástico.
Para Calleja (2013) dentro del campo elástico, el Módulo de Elasticidad es la variable de
mayor transcendencia para el análisis de este comportamiento. El Módulo de Elasticidad se
caracteriza por el inverso de la relación entre la deformación elástica unitaria y la solicitación
unitaria que la ha provocado (F/A, donde F es el esfuerzo y A la sección en la que se aplica).
1.7. Experimentación y ensayos para determinar las características físicas
mecánicas de la madera.
Antes de abordar el tema podríamos preguntarnos; ¿cómo se determinan las características
mecánicas de la madera?
La madera proviene de árboles que han crecido en ecosistemas forestales y en climas que van
desde la tundra, en latitudes extremas, hasta regiones de selva cálida–húmeda cerca de las
costas y trópicos. Como consecuencia, existe una gran diversidad cualitativa de madera,
producto de esta pluralidad de ecosistemas y particularidades climáticas.
El ingeniero, el arquitecto y el usuario de la madera como elemento estructural, requieren de
información confiable y estandarizada de la resistencia mecánica del material,(Sotomayor,
1987; citado en Sotomayor, 2002).Esto brinda seguridad y confiabilidad en los procesos
constructivos y de diseño, así como mejora la calidad y la fabricación de productos donde la
madera juega un papel substancial.
Para resolver esta paradoja, las características tecnológicas de la madera son obtenidas
aplicando
ensayos
normalizados
y
en
otras
ocasiones
los
investigadores
utilizan
procedimientos o ensayos exploratorios destinados a dar respuesta a dificultades particulares
de diseño o análisis.
Los ensayos normalizados son los procedimientos aceptados por la comunidad científica e
industrial que garantizan la calidad de las conclusiones al utilizar rigurosos muestreos
estadísticos y controlando los factores o variables que pudieran distorsionar los resultados.
19
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Estas prácticas establecen las reglas acerca de cómo la madera debe ser preparada y
sometida a experimentos para medir su comportamiento en condiciones de laboratorio o
campo. Las normas son prescritas por instituciones académicas, asociaciones acreditadas y
otras veces por las mismas industrias. Entre las normas utilizadas más frecuentemente están
las normas ASTM (American Society for Testing and Materials, 2000), las normas DIN
(Deutches Institut Für Normung, 1988), las normas ISO (International Organization for
Standardization, 1975), las normas UNE (Unificación de Normativas Españolas) y las Normas
COPANT (Comisión Panamericana de Normas Técnicas), entre otras.
A continuación se exponen una serie de trabajos, realizados bajo diferentes enfoques, referidos
a la experimentación.
1) En un boletín titulado ¨Características físico-mecánicas de las maderas¨, que data de la
década del 70, se publicaron las propiedades físico-mecánicas de las especies de
madera de coníferas y de frondosas con mayor interés desde el punto de vista
comercial. La mayor parte de los datos fueron tomados del Forest Product Research, de
Inglaterra. Los ensayos se realizaron según las normas British Standard de las que
brindamos un resumen a continuación. (Herrero, 2003)
o
Ensayos físicos:
La humedad de la madera se expresa como el peso de agua que ésta contiene referido como
porcentaje del peso seco de la misma muestra de madera. La forma de determinarla es pesar
una muestra de madera y luego secarla en estufa a una temperatura de 103 ± 2°C, hasta que
dos pesadas consecutivas den el mismo valor. La pérdida de peso experimentada en el
proceso dividida por el peso seco, y expresado el resultado en tanto por cien, indican la
humedad de la muestra.
o
Ensayos de características mecánicas:
Este ensayo se realiza en probetas libres de defectos de 2 x 2 cm. de sección y 30cm. de
longitud para ser ensayadas con una distancia entre apoyos de 28 cm. La carga es aplicada en
el centro de la probeta y sobre los dos centímetros de arista. La carga se aplicará con una
velocidad de 6.5mm/minuto. La probeta debe orientarse de manera que los anillos de
crecimiento sean paralelos a la dirección de la aplicación de la carga. El ensayo se interrumpe
20
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
cuando la carga que soporta la probeta desciende 1/10 de la máxima registrada durante el
ensayo, o bien cuando la flecha supera los 6 cm. Este ensayo sirve para determinar el módulo
de rotura y el módulo de elasticidad.
o
Compresión paralela a la fibra:
En este ensayo se usan probetas de 2x2 cm. de sección y 6 cm longitud. En el ensayo se
aplica la carga a la velocidad de 0.6mm/minuto. La máxima resistencia a la compresión paralela
a la fibra se calcula dividiendo la máxima carga que soporta la pieza antes de romper por su
sección.
o
Dureza:
Este ensayo se realiza con el mecanismo de Janka, que consiste en una semiesfera cuya
sección ecuatorial mide 1cm2. Consiste en comprimir dicha semiesfera contra la madera en
dirección perpendicular a la fibra y en un plano radial o tangencial. La penetración se realiza a
una velocidad de 6.25 mm/minuto. El valor de dureza Janka es la fuerza necesaria para que
penetre en la madera toda la semiesfera.
o
Esfuerzo cortante paralelo a la fibra:
La probeta para este ensayo es un cubo de madera de 2 cm de arista, en el que se realiza un
empuje paralelo a la fibra hasta la rotura. La velocidad del ensayo es de 0.5 mm/minuto.
Generalmente se realizan los ensayos en dirección radial y tangencial.
2) Calleja (2013) realizó un estudio de la efectividad de las normas de clasificación visual
con madera estructural de Populus x euroamericana con el objetivo de desarrollar la
metodología de ensayos no destructivos (clasificación visual) para la determinación de
la capacidad resistente de madera estructural de Populus x euroamericana I-214 y
comparar las normas de clasificación utilizadas para determinar la clase resistente de
madera estructural, con otros métodos de ensayo destructivos según la norma EN 408
(ensayo de rotura).
Se analizaron 93 vigas de madera de Populus x euroamericanaI-214 procedente de una
plantación ubicada en la localidad de Revilla de Collazos (Palencia). Las muestras eran de dos
tamaños o escuadrías diferentes (3000 x 150 x 50 mm y 3000 x 120 x 80 mm). De la primera
21
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
escuadría se analizaron 53 vigas y de la segunda, 40 vigas. Todas, una vez recepcionadas,
fueron apiladas en el laboratorio aproximadamente hasta alcanzar la Humedad de Equilibrio
Higroscópico (H.E.H.), o lo que es lo mismo, una humedad cercana al 12 %.
Para la clasificación visual, se fueron tomando una por una y se fueron midiendo y anotando en
un estadillo, las diferentes características que presentaban. Todo ello acorde con las tres
normas de clasificación visual de la madera que se tienen en cuenta en el presente trabajo:
Norma UNE EN 56544:2007; Norma DIN 4074:2003 y Norma NF B52-001:2007.
Se midió la humedad de cada una de las vigas del ensayo con la ayuda de un xilohigrómetro,
colocando los sensores paralelamente al sentido longitudinal de las fibras, según establece la
norma UNE EN 13183-2:2002. Después del ensayo de flexión, se procedió a medir la humedad
de cada pieza por el método de secado en estufa según norma EN 13183-1/AC: 2004.
Para la realización de los ensayos de rotura se ha utilizado una máquina universal de ensayo
modelo ELIB 100 W, para la determinación del módulo de elasticidad global de canto a flexión
(MOEGTO) que utiliza un comparador micrométrico con precisión de 0,01 mm colocado en el
canto de la pieza a ensayar.
Calleja concluye sus ensayos de la forma siguiente:

A la hora de clasificar las vigas según las normas visuales utilizadas, la singularidad
más influyente es la del diámetro de los nudos, la cual, constituye en promedio el 60%
de los rechazos en cada una de las normas utilizadas.

Las normas de clasificación visual de vigas de uso estructural subestiman de manera
considerable la capacidad resistente de las mismas, por lo que aportan seguridad a la
hora de clasificar lotes de madera para dicho uso. En promedio las subestimas en la
clasificación que realizaron las normas alcanzó el 72% de las piezas de la muestra
analizada.

La utilización de funciones de defectos que ponderan la localización de los nudos
(singularidades) con respecto a las zonas de compresión y de tracción, al igual que su
tamaño (diámetro), aumenta de manera significativa la efectividad en la predicción del
comportamiento tanto del módulo de rotura (MOR) como del módulo de resistencia a
22
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
flexión (MOE) de las vigas de madera de chopo para uso estructural. Dichas funciones
llegan a explicar el 28,76% del comportamiento del MOR, y un 24,70% del
comportamiento del MOE.
Ensayo de determinación del módulo de elasticidad local en flexión (MOE).
3) Hermoso (2001) sostuvo en su tesis de ¨Caracterización mecánica de la madera
estructural de pinus Sylvestris¨ que la referencia utilizada para los métodos de ensayo
de la madera estructural es la norma EN 408 (1995, revisada en 1998) "Estructuras de
madera. Madera aserrada y madera laminada encolada para uso estructural.
Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas" redactada por el Comité
Técnico CEN/TC 124 Estructuras de madera. Esta norma regula la metodología para el
ensayo a flexión, tracción, compresión del material así como para la determinación de la
densidad.
El uso de ambas normas junto con la norma de clasificación visual (UNE 56.544), permitió
determinar los valores característicos de resistencia, rigidez y densidad que corresponden a
cada una de las clases de calidad.
Según esta norma, la probeta debe tener como mínimo una longitud de 19 veces la altura de la
cara (h). Este requisito es necesario porque la pieza debe colocarse simplemente apoyada
sobre su canto, entre dos puntos que disten 18 veces la altura de la sección (18h), por lo que
una longitud un poco mayor es necesaria para conseguir la estabilidad.
Ensayo de determinación de la resistencia a la flexión estática (MOR).
De nuevo, la norma EN 408 exige realizar el ensayo sobre probetas de longitud 19 veces la
cara de la sección (h) como mínimo, y en caso de no poder ser así, se debe registrar la luz de
la pieza.
Conclusiones de estos ensayos:

La aplicación de técnicas clasificadoras a través de métodos automáticos de tipo
mecánico, pueden llegar a duplicar (75%) la efectividad obtenida por métodos visuales
(35%).
23
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.

Se hace necesario emplear los Módulos Globales en vez del Local en los procesos de
caracterización de llamadera estructural. Esta conclusión está en concordancia con las
últimas tendencias de las normas EN 408 y EN 384.

El análisis de la altura de cara para el pino silvestre muestra que conforme aumenta el
tamaño de la cara de la pieza se produce una disminución de la resistencia,
confirmando los resultados de estudios previos (Hermoso et al., 2007). En cuanto la
aplicación del factor de altura a la resistencia, se ratifica la idoneidad del valor
considerado en la norma EN 384 (0,2).

Los resultados con probetas de pequeñas dimensiones son indicadores fiables de la
resistencia de la madera estructural, si bien sobrestiman fuertemente el valor de la
resistencia a flexión, y útiles en la comparación entre especies así como en la
estimación de propiedades máximas de una madera. Por estos motivos su
determinación no debe ser obviada en los estudios de caracterización de las maderas.
El nuevo enfoque de la normativa de ensayos en Europa.
En este apartado haremos referencias a aspectos de las normas EN-384 y 408. En el llamado
nuevo enfoque se ensayan las propiedades mecánicas con elementos de tamaño comercial,
según las "dimensiones representativas de cada procedencia o aserradero" (EN 384). No
existen probetas en el sentido tradicional de pieza extraída o seleccionada, se ensayan lo que
pueden ser elementos estructurales completos con sus defectos, tal y como salen del aserrado
y repasado de sus caras. A primera vista, además del tamaño de las probetas, que veremos
más adelante, resalta el tamaño de las muestras, pues se aplica un enfoque estadístico que
usa gran cantidad de material. Tenemos un mínimo de 40 probetas por muestra, y al menos
una muestra por cada tamaño representativo. Valga como ejemplo, que para evitar
penalizaciones en los resultados necesitaremos un mínimo de 200 probetas para 5 muestras o
de 400 probetas en el caso de tengamos sólo 4 muestras. Compárese con los tamaños de
muestra de las normas de ensayos anteriores, unas 200 frente a 50 ó 60 de las normas UNE
(normas españolas), o alrededor de 30 en las normas COPANT, ambas para ensayos de
flexión, y todo ello referido a unos valores comunes en la dispersión de los resultados.
Se deben ensayar las dimensiones (secciones) usuales del aserrado para uso estructural de
cada procedencia, que como sabemos, está muy limitado por el tamaño y calidad de las trozas.
El canto de referencia es de 150 mm. La longitud para los ensayos de flexión y cortante, es de
24
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
al menos 19 veces la mayor dimensión transversal. Para los ensayos de tracción y compresión
necesitaremos una longitud de sólo 18 y 9 veces el canto, respectivamente. Compárense esas
dimensiones (para un canto de 150 mm, tendríamos una longitud de, al menos, 2,85 m) con las
dimensiones de 50 x 50 x 750 mm, en las normas COPANT o incluso los 30 x 30 x 300 mm, de
las normas españolas, para ensayos de flexión. En España estos ensayos se han realizado
hasta el momento con especies de coníferas (Pinus Sylvestris L. Pinus nigra Am. Pinus
pinaster Ait., Pinus radiata D. Don.), por los laboratorios del INIA en Madrid y Valsaín.
Previamente a los ensayos mecánicos se acondicionan las probetas a un 65% de humedad
relativa y 20°C, lo que en las coníferas equivale a un 12% de humedad aproximadamente, se
determinan las dimensiones, la densidad y el contenido en agua. Tanto el peso específico
como el contenido en humedad se volverán a comprobar en todas la probetas una vez rotas las
piezas. El contenido de humedad obtenido por desecación servirá además para relacionarlo
con las medidas hechas con higrómetro de resistencia, medida mucho más fácil de obtener,
pero indirecta.
Para las bases teóricas y prácticas del cálculo de la madera en estructura se establece el
Eurocódigo Estructural n° 5, que posee adaptaciones en cada país. En esta normativa se
designa el material resistente madera con una letra (C o D en madera aserrada para conífera o
frondosa, respectivamente), seguido de la resistencia característica a flexotracción expresada
en mega pascales (N/mm2). Se tienen valores desde C-14 hasta C-28, en coníferas, por
ejemplo. Por tanto, como ya se dijo, el cálculo y la denominación son similares al de otros
materiales estructurales.
Para llegar en la práctica a obtener dichas resistencias características necesitamos la calidad
estructural del material, obtenida ya sea por la llamada clasificación visual o con la clasificación
mecánica. La clasificación visual utiliza los defectos aparentes de la madera tales como fibra,
anillos, nudos, etc., y es similar a la de otros países. Para dicha clasificación se usan los
mismos criterios en cada país miembro, sólo que varía el ámbito de las especies a las que se
aplica. Actualmente están aún en proceso de revisión, son las EN 518 y EN 519, y que en
España son las UNE-EN-56.544 para clasificación visual de madera aserrada de conífera de
uso estructural y UNE-EN-56.544 para clasificación mecánica de madera aserrada. Las
calidades estructurales obtenidas son 1RA, 2DA, y según los países una 3ERA, más el
25
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
"rechazo”. En la norma EN 338 se establecen los conceptos generales sobre clases resistentes
y la obtención de las resistencias características. Las condiciones de muestreo e interpretación
de los ensayos se dan en la norma EN 384, en la cual se establece, además, la posibilidad de
comparar estos ensayos con otros sobre probetas "pequeñas libres de defectos", tal como las
cita textualmente.
Conclusivamente se puede apuntar que la complejidad de esta normativa en lo que se refiere a
los ensayos producirá seguramente la reticencia de muchos especialistas, dada esa gran
incertidumbre que se tiene con este material. Puede parecer negativo ese exceso quizá de
refinamiento teórico al definir distintos módulos, y diversidad de propiedades mecánicas y
físicas para cada clase resistente. Pero, debido al planteamiento más complejo y global de los
ensayos, que emplean gran cantidad de piezas con el tamaño propio de su uso, con defectos y
distintas calidades, hemos de convenir que se obtendrán unos valores numéricos mucho más
fiables y realistas que el de otros métodos sobre probetas de pequeña dimensión. (Hermoso et
al., 2007). El nuevo enfoque en los ensayos mecánicos de la madera aserrada para uso
estructural en la normativa europea.(Ariza, 2002).
El autor de la presente investigación considera muy importante el hecho de que en Europa se
unificara el criterio normativo pues contribuye a facilitar el complejo trabajo de la
experimentación sobre maderas, que en muchas ocasiones, pertenecen a ecosistemas
boscosos de similares características.
4) En un estudio realizado en España por Basterra et al. (2009) se comparan los valores
de resistencia obtenidos en el “ensayo a flexión estática para madera de uso
estructural” según la norma UNE EN 408 y los valores del “ensayo a flexión estática de
probetas libres de defectos” provenientes de esas mismas vigas, según la norma UNE
56 537 para una partida de madera de Pinus Sylvestris L. procedente del pinar de
Navafría en Segovia.
Para ello se ensayaron un total de 89 vigas de tamaño estructural, obteniéndose
posteriormente de cada una de ellas probetas de pequeñas dimensiones libres de defectos
para su ensayo a flexión. Se demostró la elevada influencia que ejerce la presencia de defectos
26
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
en las vigas de tamaño estructural sobre sus propiedades físico-mecánicas, siendo los nudos la
particularidad anatómica con mayor influencia sobre la resistencia a flexión de la madera.
Para la realización de este trabajo se utilizaron una partida de madera comercial de pinus
Sylvestris L. (pino silvestre), de dimensiones estructurales. Cada pieza fue clasificada
visualmente según la norma española UNE 56.544.Fueron ensayadas a flexión en una
máquina de ensayos universal, según la norma EN 408, para obtener el Módulo de elasticidad
global estático de cada una de ellas y, posteriormente, se llevaron hasta la rotura,
obteniéndose el Módulo de rotura.
De los resultados de este ensayo se deduce que la aplicación de la norma UNE 56.544:2003
no resulta excesivamente precisa para hacer una clasificación resistente de madera estructural,
ya que desestima muchas piezas con unas características resistentes superiores a lo que se
define en la norma UNE EN 338, con la consiguiente pérdida de rendimiento clasificatorio y de
pérdida de valor en el mercado.
La resistencia a la flexión estática de las probetas libres de defectos se determina de acuerdo a
la metodología establecida en la norma UNE 56.537-79. Para ello, a partir de las vigas de
tamaño estructural ensayadas a flexión, se han obtenido las probetas libres de defectos, con
forma de prisma cuadrangular de 300x20x20 mm.
El ensayo de las probetas libres de defectos se realiza con la máquina universal de ensayos,
colocando para ello la probeta sobre dos apoyos cilíndricos de ejes paralelos con un radio de
15 ± 0,5 mm, separados 240 ± 1 mm. La carga se aplica centrada entre los apoyos, mediante
otro cilindro de 15 ± 0,5 mm de radio, figura 1.5. Una vez colocada la probeta con su cara radial
hacia arriba, se inicia el ensayo a flexión, sometiendo a la probeta a una carga con velocidad
constante de 5 mm/min hasta la rotura, tomando en ese momento el valor de carga de rotura
con una aproximación de 0,1 kg.
27
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Fig. 1.5. Esquema de ensayo a flexión. (Acuña et al., 2007)
Los ensayos descritos anteriormente arrojan las siguientes conclusiones.

Los valores de resistencia a flexión obtenidos del ensayo de probetas libres de defectos
según la norma UNE 56.537-79 son sensiblemente superiores a los valores reales de
resistencia a flexión obtenidos mediante el ensayo a flexión de madera estructural
según la norma UNE EN 408. Por lo tanto, no se trata de un método de ensayo fiable
para la caracterización mecánica de la madera utilizando los criterios de cálculo
recomendados en la actualidad (Eurocódigo).

A pesar de lo anteriormente dicho los ensayos que están a nuestro alcance,
evidentemente, son los que se realizan con pequeñas probetas libres de defectos.
Consideramos sea útil para emprender el camino de la caracterización de la madera en
nuestro país.
5) Por otra parte existe una investigación realizada en la provincia de Mendoza, Argentina,
para determinar las características físico-mecánicas de una amplia colección de clones
de Populusspp (Álamo). De ellos se extrajeron muestras para realizar los ensayos
físicos y mecánicos. Los ensayos físicos desarrollados sobre las muestras fueron:
densidad según norma IRAM 9544 y contenido de humedad según norma IRAM 9532.
Los ensayos mecánicos realizados en Máquina Universal de Ensayos para maderas
fueron: flexión estática según norma IRAM 9542, compresión axial según norma IRAM
9541, dureza según norma IRAM 9558, flexión dinámica según norma IRAM 9546 y
tracción perpendicular a las fibras según norma NF B51-010.
28
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Los troncos de los clones ensayados fueron cortados longitudinalmente, mediante aserrado en
forma de varillas de 3cm x 3cm. Las varillas fueron colocadas con separadores y se dejaron
secar bajo tinglado muy aireado hasta alcanzar el equilibrio higroscópico de la zona. Luego
fueron maquinadas en una cepilladora, hasta alcanzar una sección transversal de 22mm x
22mm. Se eligió la zona más conveniente por la perfección de la madera, descartando los
sectores con defectos muy pronunciados (presencia de nudos, rajaduras, madera de tensión,
bolsas de corteza, etc.). Se cortaron varillas de 1200mm para luego extraer 2 a 3 probetas de
flexión estática y dinámica de 300mm de longitud, dos trozos de 30mm para las probetas de
compresión, dos trozos de 75mm para la tracción perpendicular a las fibras, dos de 45mm para
la hienda y tres de 20mm para obtener la densidad, quedando siempre un trozo de reserva.
Luego se procedió a la selección de la madera libre de defectos y las probetas dimensionadas
y elegidas se sometieron a un pulido final por medio de una lijadora.
Para la determinación del contenido de humedad se siguió el método de secado en estufa
según norma IRAM 9532. Se tomaron probetas de 20mm x 20mm, se pesaron al momento del
ensayo (peso húmedo) y luego se pesaron luego del secado en estufa hasta peso constante
(peso seco) y de acuerdo a la fórmula 1.1 se estableció el contenido de humedad en la madera.
Para obtener la densidad (fórmula 1.2) se utilizó la norma IRAM 9544. Se utilizaron probetas de
20mm x 20mm x 20mm. Para determinar la masa de la probeta se utilizó una balanza digital y
su valor se expresó en gramos. El volumen se determinó por estereometría y se expresó en
centímetros cúbicos.
o
Compresión axial
En ese país, la determinación de la resistencia de la madera a la compresión axial, se realiza
de acuerdo a Norma IRAM 9541 utilizando probetas cuyas dimensiones son de 20mm x 20mm
x 60mm, con el grano paralelo al eje de la probeta. Antes de la ejecución de los ensayos la
probeta debe contener un porcentaje de humedad aproximadamente del 12%.
Fórmula 1.3 (Acuña et al., 2007)
Resistencia de rotura a la compresión axial (kPa)
o
Flexión estática
29
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
La determinación de la resistencia a la flexión se efectúa en pequeñas probetas libres de
defectos con las siguientes dimensiones: 20mm x 20mm x 340mm según norma 9542 y con un
contenido de humedad cercano al 12%.
Fórmula 1.4 (Acuña et al., 2007)
Tensión (kPa)
o
Tracción
Los ensayos de tracción perpendiculares a las fibras se realizaron en la dirección axial a la
probeta. Se utilizó la norma NF B51-010. Las dimensiones de las probetas fueron de 20mm x
20mm x 70mm.
Fórmula 1.5 (Acuña et al., 2007)
Esfuerzo a la tracción perpendicular (kPa)
Fotos 1 y 2. Ensayo de tracción perpendicular a las fibras. (Acuña et al., 2007)
La investigación descrita concluye planteando que los valores medidos alcanzaron cifras
semejantes a las encontradas en otros trabajos donde se ensayaron otras especies y clones de
álamos. El clon Populus x canadensis „I-78‟ mostró valores de densidad y resistencia mecánica
30
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
superiores a los otros clones ensayados e incluso algo superiores a los correspondientes a la
especie Pinus radiata.
6) Acuña et al., (2007) realizaron una caracterización de la resistencia y rigidez a flexión de
Q. pyrenaica Willd. según diversos métodos de ensayo. Determinaron las propiedades
elastomecánicas de la madera del Q. pyrenaica Willd. utilizando 3 tipos de ensayos
diferentes, habiéndose realizado un estudio comparativo de los valores obtenidos para
módulo de rotura (MOR) y para módulo de elasticidad (MOE), en función de las
dimensiones de las probetas utilizadas para la realización de estos ensayos de flexión y
rotura en laboratorio.
Para la realización de los ensayos se utilizaron 33 piezas de 3000x150x80, que se ensayaron
según la UNE-EN 408; 959 piezas de pequeñas dimensiones y libres de defectos, 300x20x20
mm, preparadas según la norma UNE 56528:1978 (Características físico – mecánicas de la
madera. Preparación de probetas para ensayos) y, por último 90 piezas de 1100 mm de
longitud por 55 mm de altura y con espesores de 30 mm, ensayadas según UNE-EN 408. En la
determinación del módulo de elasticidad y tensión de rotura se utilizó una máquina de ensayos
Ibertest Elib 100 W, conectada a un ordenador personal en el que se encuentra instalado el
software adecuado para su manejo y programación, así como para el procesado y
almacenamiento de los datos.
Atendiendo a los tamaños citados de las piezas que se mecanizaron se utilizaron dos normas
para la determinación de sus características elastomecánicas, la norma UNE 56537:1979, para
maderas de pequeñas dimensiones, y la norma EN 408 que se utilizó para las piezas de
tamaño grande y medio, figura 1.6.
31
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Fig. 1.6. Esquema de los ensayos de determinación de Módulo de elasticidad y tensión de rotura
según distintas normas. (Acuña et al., 2009)
Después de ejecutados los ensayos, los autores relacionan las siguientes conclusiones:

Se encontraron diferencias significativas entre los diferentes ensayos utilizados en la
determinación de los valores del módulo de elasticidad y la tensión de rotura en la
madera de Q. pyrenaica Willd, en particular las diferencias se encuentran entre los
ensayos que siguen la norma UNE 56537:1979, utilizando piezas de pequeñas
dimensiones, y los que utilizan la norma UNE-EN-408.

Los valores característicos encontrados para las piezas de tamaño estructural, tanto
para MOR, como para MOE, resultaron relativamente bajos, si bien el número de piezas
que pudieron ser ensayadas, 33, hace tomar estos resultados con suficiente precaución.

Las piezas pequeñas, libres de defectos, ofrecieron bastante buenos resultados en
cuanto a las características elastomecánicas de la especie, y que resultaron
sensiblemente análogos a los de otras especies del género (Q. robur y Q petraea).

Con independencia de ello, el rendimiento que se obtuvo en madera estructural maciza
se situó en el 11%, incluso habiéndose seleccionado los pies uno a uno antes de su
corta, por lo que la rentabilidad de la explotación de esta especie con fines estructurales
puede resultar, de no adecuar los tratamientos silvícolas a ello, realmente paupérrima.
7) Por último, Alves (1994) en su tesis doctoral nos presenta un estudio teórico y
experimental respecto a dichas solicitaciones basado en el análisis de puntos como: la
geometría del cuerpo de prueba, la velocidad y la dirección de la aplicación de la carga
en los ensayos y las condiciones de humedad. Como resultado nos propone una
32
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
metodología para realizar ensayos con la madera y determinar sus principales
características así como establecer un criterio de dimensionamiento para esta forma de
solicitación.
Precisamente hemos referenciado este trabajo al final de la revisión bibliográfica de este amplio
y tratado tema porque debido a la limitación de acceso a fuentes de conocimiento,
consideramos utilizar este exhaustivo estudio como referencia para la realización de la
experimentación con la madera de Pino Caribaea, objetivo fundamental de esta tesis.
1.8. Diseño estructural con madera aserrada.
La parte principal de todo trabajo de diseño estructural es la necesidad de concebir y evaluar el
comportamiento físico de la estructura al resistir las cargas que debe soportar; para lo cual
debe hacerse un trabajo matemático para apoyar este análisis. Concluido el análisis se debe
realizar el trabajo de diseño; pero para esto deben considerarse los comportamientos
estructurales simples y la metodología de diseño a seguir.
Existen dos tendencias fundamentales de diseño que son adoptadas por las diferentes
normativas de cálculo estructural existente.
Métodos de diseño estructural:

El método tradicional que se conoce como diseño por esfuerzos de trabajo admisibles.
En este método se utilizan relaciones básicas derivadas de la teoría clásica del
comportamiento elástico de los materiales; la adecuación o seguridad de los diseños se
mide al comparar con respecto a dos límites principales: un aceptable para el esfuerzo
máximo y un nivel tolerable para el alcance de la deformación. Estos límites se calculan
tal como se presentan en respuestas a las cargas de servicio; es decir a las cargas
producidas por las condiciones de uso normal de la estructura, los movimientos
tolerables se llamaban deflexiones admisibles, alargamiento admisible, etc. En esencia
el método de los esfuerzos de trabajo consiste en diseñar una estructura para trabajar a
algún porcentaje apropiado establecido de su capacidad total. Sin embargo lo que es
verdaderamente apropiado como una condición de trabajo tiene mucho de especulación
teórica.
33
Capítulo 1. Estado del conocimiento sobre la
caracterización de la madera.
Con el objeto de establecer en forma convincente ambos límites de esfuerzo y deformación, fue
necesario ejecutar ensayos de estructuras reales.
Este método de diseño constituye los reglamentos de diseño del Manual de diseño para
maderas del Grupo Andino, la cual es la que se usa en nuestro medio.

Método de la resistencia o LRFD, en el cual se usan límites de falla para el trabajo de
diseño. El método de la resistencia consiste en diseñar una estructura para fallar, pero
para una condición de carga más allá de lo que debería experimentar durante su uso.
Una razón principal para favorecer los métodos de resistencia es que la falla de una
estructura se demuestra con relativa facilidad mediante pruebas físicas.
Este último es el empleado fundamentalmente por la ASTM (American Section of the
International Association forTesting Materials) en su amplia normativa de cálculo.
1.9. Conclusiones parciales del capítulo.
 Se consultaron varios métodos de experimentación hechos en otras partes del mundo y
se apreciaron resultados excelentes. Precisamente sobre esta base experimental y
adaptándola a nuestras condiciones y recursos existentes, se realizarán ensayos para
la caracterización del Pino Caribaea.
 Realmente la unificación de criterios referente a la nueva tendencia de realizar ensayos
destructivos a probetas de tamaño real de trabajo, es ampliamente aceptada frente a la
antigua práctica sobre pequeñas probetas libres de defectos. No obstante hay autores
que sostienen que los resultados con probetas de pequeñas dimensiones son
indicadores fiables de la resistencia de la madera estructural. Por estos motivos su
determinación no debe ser obviada en los estudios de caracterización de las maderas.
 La importancia que reviste el cumplimiento del objetivo principal del trabajo pues a
través de los resultados se pudieran enunciar valores característicos que a la postre
podrían ser utilizado para el diseño estructural con madera de Pino Caribaea.
34
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Capítulo 2: Propuesta metodológica de la experimentación.
2.1. Introducción.
Este capítulo describe todo el proceso de la realización de los diferentes ensayos a partir de
materiales y métodos empleados. Comprende desde la obtención de las pequeñas probetas
libres de defectos, secado de la madera, medición y pesaje del cuerpo de prueba hasta la
culminación del trabajo de laboratorio.
A criterio del autor y dada la imposibilidad de consultar la normativa internacional, se decidió
proponer procedimientos para la caracterización de la citada madera a través de los diferentes
ensayos sobre la base de estudios realizados por autores que consultaron, fundamentalmente,
las normas que continúan utilizando pequeñas probetas libres de defectos.
2.2. Material y métodos.
2.2.1. Datos generales del muestreo.
El material estudiado proviene de plantaciones de Pino Caribaea del macizo montañoso del
Escambray Villaclareño. La madera fue trasladada al aserrío perteneciente a la entidad
MADECA de nuestra provincia. En esta institución se procedió a organizar las trozas
elaboradas a partir de 25 ejemplares de cerca de 28 cm de diámetro, se realizó el proceso de
descortezado, así como el aserrado. Las vigas eran de dos tamaños o escuadrías diferentes
(750 x 150 x150 mm y 600 x 200 x 100 mm) aproximadamente. La foto 2.1 muestra las trozas
utilizadas.
Foto 2.1. Lote de vigas de Pino Caribaea var.
caribaea analizado en el presente trabajo.
35
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
La selección y preparación detallada del cuerpo de prueba fue realizado por el autor. Para ello
se calibró el material para los ensayos de dureza Janka y compresión (paralela y perpendicular
a la fibra) a 54 mm. Para el de flexión estática a 24 mm. En ambos casos se consideró 1 mm
por cada cara de las piezas para el acabado y 2 mm para asimilar la pérdida de volumen por
concepto de secado. Finalmente se trozaron las piezas, después de medirlas utilizando una
cinta métrica con precisión de 1 mm, quedando constituido el cuerpo de prueba de la siguiente
manera.

Tipo I: 40 probetas de 102 mm x 52 mm x 52 mm (compresión paralela a la fibra).

Tipo II: 40 probetas de 52 mm de arista (compresión perpendicular a la fibra).

Tipo III: 40 probetas de 52 mm de arista (dureza Janka).

Tipo V: 40 probetas de 302 mm x 22 mm x 22 mm (flexión estática).
2.2.2. Clasificación visual.
2.2.2.1. Parámetros para la clasificación visual.
La caracterización de la madera mediante la clasificación visual es el sistema más antiguo y
extendido, siendo actualmente el más utilizado en la clasificación de la madera en origen o en
aserradero. Todos los sistemas de clasificación visual se basan en los mismos parámetros,
aunque cada norma los cuantifica de manera particular.
Nudos
Los nudos son el parámetro principal que determina la capacidad resistente de las piezas de
madera de tamaño estructural. Su posición dentro de la sección tiene una gran influencia. En
flexión, es menos limitante un nudo situado en el centro de la sección y cercano a la fibra
neutra, donde las tensiones son mucho menores, que en la zona externa (sobre todo en la
zona traccionada) donde se acumulan las mayores tensiones. También es más limitante un
nudo que afecte a la altura de la sección de la pieza (h) o nudo de cara que el que afecta a la
dimensión al canto (b) o nudo de canto, puesto que en una sección la tensión máxima es
inversamente proporcional al cuadrado de la altura de cara (h2), mientras que mantiene una
relación lineal con la dimensión del canto (b), figura 2.1.
36
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Fig. 2.1. Definiciones de cara, altura (h), canto y espesor (b). (Herrero, 2003)
No es recomendable por la normativa estudiar piezas que presenten nudos con diámetro mayor
que ⁄ de la dimensión de h.
Frendas de secado
Las frendas de secado se producen como consecuencia de las diferencias entre la contracción
radial y la contracción tangencial que tienen lugar durante el secado de la pieza. Pueden
acentuarse si se produce un secado demasiado rápido y el interior de la pieza pierde humedad
más lentamente que la superficie. Puede considerarse, por tanto, que las frendas de secado
son inevitables.
Si las frendas son muy profundas y largas o llegan a atravesar la pieza de lado a lado, pueden
tener repercusión en la capacidad para transmitir el esfuerzo cortante entre la zona comprimida
y la zona traccionada que se produce en forma de rasante en una pieza sometida a flexión, o
en la reducción de la esbeltez de la sección a efectos de pandeo en una pieza sometida a
compresión. No deben tenerse en cuenta las probetas con grietas o roturas locales mayores
que ⁄ ) de la longitud de la misma. En la figura 2.2. Se representan algunas de las formas en
que pueden aparecer las frendas.
Fig. 2.2. Frendas de secado. (Herrero, 2003)
37
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Gemas
Las gemas se producen cuando en el proceso del aserrado el plano de corte de la pieza
alcanza la superficie exterior del tronco, manifestándose en forma de aristas redondeadas. No
suponen una rotura en la continuidad de la fibra, por lo que en general se considera que sólo
son una pérdida de material y una modificación de la geometría de la sección. (Ver figura 2.3).
Fig. 2.3 Gemas producidas por aserrado. (Herrero, 2003)
Según Herrero (2003) para gemas que ocupen 1/3 de la cara o del canto, la reducción de la
resistencia a flexión puede estimarse entre el 40 % (gema en las cuatro aristas de la sección) y
el 20 % (gemas en dos aristas laterales).
Todas las probetas se observaron cuidadosamente para no incluir las que presentaran defectos
como los anteriormente descritos. Cada una de ellas se enumeró consecutivamente y se
marcaron los cantos para que las mediciones sucesivas estuviesen referenciadas siempre de
igual forma.
2.3. Maquinarias y otros equipos de trabajo.
Para la realización de los ensayos de cortante (en la Facultad de Construcciones de La
Universidad Central de las Villas) se ha utilizado una máquina universal de ensayar probetas
de hormigón y mortero de 150 kN de capacidad. En la foto 2.2 se muestra el equipamiento
utilizado.
38
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Foto 2.2. Máquina utilizada en el ensayo de
cortante.
Además de un sensor de deformación digital con precisión de 0,001 mm que se colocó sobre el
soporte verticalmóvil.
Los ensayos de dureza Janka y flexión estática se realizaron en el laboratorio perteneciente a
la ENIA. Se empleó una máquina similar a la anterior pero de 100 kN de capacidad y un
defómetro con precisión de 0.01 mm.
Foto 2.3. Ensayo de dureza Janka.
Foto 2.4. Ensayo de flexión estática.
Los ensayos de compresión paralela y perpendicular a la fibra de la madera se llevaron a cabo
con una máquina universal de ensayos marca Ibertest de 2000kN de capacidad (foto 2.5)
ubicada en un laboratorio perteneciente a la Fábrica de Instalaciones Fijas de nuestra ciudad.
39
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Foto 2.4. Equipo usado para los ensayos de compresión.
Además de las máquinas universales de ensayos de rotura, se utilizaron otros tipos de
herramientas y accesorios (algunos de ellos construidos por el autor) necesarios para calcular
una serie de magnitudes como la humedad, la densidad, etc. que a continuación se relacionan.

Balanza digital con precisión de 0.01g: con la cual se pesaron las probetas obtenidas a
partir de cada viga para calcular la densidad y la humedad de la madera.

Máquina de corte: se utilizó para la obtención de probetas de dimensiones conocidas y
libres de defectos.

Cepillo regruesador y lijadora: con ellos se le proporcionó el acabado final a las
probetas.

Pie de rey con precisión de 0.05 mm: para medir todas las dimensiones de las probetas
y llegar a conocer las variaciones volumétricas de cada una de ellas.

Estufa: utilizada para secar totalmente cada probeta y poder determinar así su peso en
estado anhidro.

Soporte metálico con apoyos fijos a 280 mm y cuchillo para ensayos de flexión estática.

Aditamento portante de esfera de acero para ensayo de dureza Janka.
40
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Foto 2.6. Balanza digital.
Foto 2.7. Estufa de alta precisión.
2.4. Metodología.
Uno de los procesos más complicados que se llevaron a cabo para la realización de esta
investigación lo constituyó el secado de la madera. Nuestro clima tiene características muy
especiales; la humedad ambiental permanece bastante alta, unido a la higroscopicidad del
material y a las discretas condiciones de climatización de los laboratorios, exigieron que se
prologara este proceso en ocasiones hasta 8 ciclos de actividad.
El primero de ellos se realizó a una temperatura de 75°C aproximadamente. Para ello nos
basamos en un estudio preliminar hecho sobre probetas experimentales en las que aparecieron
profundas frendas producto del secado a la temperatura que exige la normativa de ensayo (103
± 2°C), como se observan en la foto 2.8 a y b.
Foto 2.8 a)
Foto 2.8 b)
41
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
El contenido de humedad de la madera durante este proceso representa un índice de las
tensiones que se desarrollan dentro de ella. En los primeros ciclos debe mantenerse alta la
humedad relativa para controlar los esfuerzos de tracción sobre la superficie de las piezas.
Lógicamente quedó demostrado que cuando no se puede secar madera controlando la
humedad relativa, el primer ciclo debe hacerse a temperatura moderada.
2.4.1. Determinación de las propiedades físicas.
En el epígrafe 1.6.1 aparece una explicación detallada de algunos métodos para su
determinación. Seguidamente se describe la variante utilizada.
2.4.1.1. Peso específico.
Las características de la resistencia de la madera dependen, en parte, de su peso específico
por lo que este dato es sumamente importante para valorar la calidad de la misma.
Por poseer una estructura porosa, se pueden distinguir dos pesos específicos; el real y el
aparente. El primero es de difícil determinación y es prácticamente el mismo para todas las
maderas. En lo sucesivo trabajaremos con el peso específico aparente.
Primero, con el pie de rey, se hicieron las mediciones para determinar el volumen aparente bajo
un contenido de humedad inicial (H %) y luego se volvieron a repetir las mediciones con las
mismas probetas en estado anhidro por desecación en estufa a 103 ± 2 ºC hasta lograr peso
constante. Este proceso se completó después de varios ciclos debido a las condiciones de
humedad ambiental de nuestro clima. El peso de las probetas se obtuvo a través de una
balanza.
2.4.1.2. Contenido de humedad.
El contenido de humedad ha sido determinado por desecación en estufa a temperatura de 103
± 2 ºC hasta peso constante. Antes de iniciar cada ciclo de secado se pesó todo el cuerpo de
prueba. Con estos datos y aplicando la fórmula (1.1) se determinó el tan importante % de
humedad pues una de las condiciones que establece la normativa internacional es que este
debe oscilar entre 12% y 15% en el momento del ensayo. Se debe aclarar que los resultados
obtenidos corresponden al % de humedad que tenía cada una de las probetas antes de
42
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
comenzar con el primer ciclo de secado. Con el dato obtenido, en lo sucesivo, fue posible
controlar dicho parámetro dentro de los niveles requeridos.
Es importante aclarar que antes de realizar cada ensayo, se determinó este % para contribuir a
la fiabilidad de los resultados. En casi la totalidad de las probetas se logró que en el momento
del ensayo, tuvieran entre 12 y 15 % de humedad.
2.4.1.3. Densidad.
A partir de los datos tomados de los ciclos de secado de cada probeta y partiendo de la fórmula
(1.2)se calcularon los valores de densidad de referencia, básica y nominal. Las medidas fueron
tomadas con un pie de rey y el peso fue encontrado de manera directa en una balanza digital.
Fórmula 2.1. Densidad anhidra. (Cuevas, 2003)
Densidad anhidra(
Donde:
Fórmula 2.2. Densidad normal. (Cuevas, 2003)
Densidad normal
(
Donde:
Fórmula 2.3. Densidad básica. (Cuevas, 2003)
Densidad básica (
Donde:
43
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Fórmula 2.4. Densidad nominal. (Cuevas, 2003)
Densidad nominal (
Donde:
2.4.2. Determinación de las propiedades mecánicas.
Debido a la heterogeneidad y anisotropía que presenta la madera, los ensayos para determinar
sus características mecánicas resultan más complejos que para otros materiales. A
continuación se describen los mismos teniendo en cuenta el criterio de la normativa que trabaja
con especímenes libres de defectos.
2.4.2.1. Ensayo de dureza.
Como ya se mencionó en el epígrafe 1.6.1la dureza fue determinada a través del método
Janka, de procedencia Norteamericana. La carga necesaria para introducir la semiesfera de
acero, a una velocidad de 6.25 mm/minuto, en la madera dividida por la proyección sobre la
cara de la probeta de la impronta producida (1 cm2), da como resultado la dureza Janka
correspondiente. Es decir.
Fórmula 2.5. Dureza Janka. (Diez et al., 2000)
El ensayo puede hacerse sobre las tres direcciones de la orientación de la fibra de la madera
sin embargo, se hizo solo en dirección perpendicular a la fibra y radial a los anillos de
crecimiento pues generalmente su valor es mayor que sobre las otras secciones. El dispositivo
utilizado fue construido por el autor.
2.4.2.2. Ensayo de resistencia a la compresión paralela a la fibra.
El ensayo se realizó con una máquina Ibertest de 2000kN de capacidad. Consistió en
comprimir probetas prismáticas, que presenten sus caras paralelas y normales entre ellas, de
50 x 50 mm de sección y 100 mm de longitud aproximadamente a una velocidad igual a 0.6
44
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
mm/minuto, (foto 2.9). Durante su ejecución se tomaron los valores de acortamientos por cada
escalón de carga aplicada hasta la rotura de la misma. Es importante aclarar que para construir
posteriormente cada gráfico de tensión vs. deformación se procederá de la manera siguiente.
Foto 2.9. Ensayo de resistencia a la compresión paralela a la fibra.
Los valores de desplazamiento o acortamiento se dividen entre la longitud inicial de la probeta
y obtenemos la deformación unitaria (ε). Así mismo si efectuamos el cociente de la carga
aplicada entre el área de la sección transversal media del testigo, aportará el esfuerzo o
tensión (σ). Todos estos datos procesados en Microsoft Excel, da como resultado lo que se
Tensión (σ)
puede apreciar en el gráfico 2.1.
Ejemplo
8000000
7000000
6000000
5000000
4000000
3000000
2000000
1000000
0
0
0.005
0.01
0.015
Deformación ( ε)
Gráfico 2.1. Diagrama tenso-deformacional de una probeta.
45
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Cuando se obtengan las curvas de todas las probetas se escoge como opción una de mejor
ajuste a los valores experimentales de acuerdo con el polinomio más indicado. En el gráfico 2.2
están representados los valores de 5 probetas y la curva de mejor ajuste con su polinomio
correspondiente.
Gráfico 2.2. Ejemplo ilustrativo de un conjunto de valores.
Posteriormente se deriva la ecuación y se evalúa para un intervalo entre un tercio y la mitad del
valor de
(por ser una zona de comportamiento lineal), para determinar el módulo
tangente inicial. El valor de
se puede obtener igualando a cero la ecuación de la primera
derivada (o lo que es lo mismo decir, la pendiente de la curva); obtenida de la ecuación de la
línea de tendencia.
2.4.2.3. Ensayo de resistencia a la compresión perpendicular a la fibra.
Para su realización se usaron probetas prismáticas de 50 mm de arista comprimiéndolas en
dirección perpendicular a hilo de la fibra (foto 2.10). Las demás condiciones fueron similares al
anterior ensayo.
46
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
Foto 2.10. Ensayo de resistencia a la
compresión
perpendicular
a
la
fibra.
Se pudo apreciar como cambió el comportamiento de la madera respecto a la compresión
paralela. En este caso la madera se comprime sin que se produzca una rotura neta por lo que
no existe una carga máxima a partir de la cual pueda ser calculada la resistencia a la rotura.
Según la normativa Argentina la resistencia a la rotura por compresión perpendicular a la
dirección de la fibra, se establece como la división entre la carga que corresponde a una
deformación del 5% de su altura y la sección realmente comprimida, es decir:
Fórmula 2.6. Resistencia a la rotura por compresión perpendicular a la fibra. (Diez et al., 2000)
Donde:
: Tensión de rotura por compresión perpendicular a la fibra (MPa).
: Carga correspondiente a la deformación indicada (como se utilizó una probeta de 50 mm
de altura será = 2.5 mm). (N).
Ancho de la chapa de acero (50 mm).
: Ancho de la probeta (50 mm).
A criterio del autor el resultado más exacto puede obtenerse haciendo un proceso similar al del
anterior ensayo pues se analiza realmente en el intervalo donde el comportamiento de los
parámetros es proporcional.
47
Capítulo 2. Propuesta metodológica de la experimentación.
2.4.2.4. Ensayo de flexión estática.
Los ensayos de flexión estática se hicieron según lo descrito en ASTM D143 – 94, sobre
pequeñas muestras de aproximadamente 20mm por 20 mm de sección transversal por 300 mm
de longitud, con una distancia entre apoyos de 280 mm (foto 2.11), aplicando la carga a una
velocidad de 6.5 mm/minuto en el centro de la luz, midiendo deformaciones por escalones de
carga.
Foto 2.11. Ensayo de flexión estática
48
Capítulo 2.
Módulo de rotura (M.O.R)
Este parámetro se calcula utilizando la carga máxima que soportó, cada probeta, utilizando la
ecuación 2.7.
Fórmula 2.7. Módulo de rotura. (Diez et al., 2000)
Donde:
Módulo de rotura (MPa).
: Carga máxima soportada (N).
: Luz libre de la probeta (distancia entre apoyos) (mm).
b: Dimensión de la base de la sección transversal (mm).
h: Dimensión de la altura de la sección transversal (mm).
Hasta aquí ha quedado descrita la propuesta metodológica de la experimentación realizada
sobre todo el cuerpo de prueba. El autor de esta investigación puso especial empeño para
que su ejecución se llevara a vías de hecho de la manera más completa y exacta posible. La
veracidad de los resultados obtenidos se expondrá detalladamente en el próximo capítulo.
2.4.3. Conclusiones parciales del capítulo.
 La clasificación visual de la madera reviste una gran importancia no solo en la
selección del cuerpo de prueba para la investigación, sino también para escoger el
material a utilizar en la ejecución de cualquier proyecto constructivo.
 La repetición del procedimiento de medición de las probetas demostró que la
contracción volumétrica en la dirección tangencial a los anillos de crecimiento del
árbol es mayor que en la dirección radial a los mismos. Esto corrobora lo mencionado
en el epígrafe 1.6.1.
 Mantener los niveles de humedad entre el 12 y el 15% del material sin que sufra
daños físicos tolerables por la normativa, a través del proceso de secado, proporciona
mayores valores de resistencia en general.
49
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
Capítulo 3: Evaluación y procesamiento de resultados.
3.1 Introducción.
En el presente capítulo los resultados obtenidos en los ensayos se procesan para dar a
conocer los valores correspondientes a las características físicas y mecánicas de la madera del
Pino Caribaea var. caribaea. Estos criterios son bases comparativas no solo con maderas de
esta misma especie y de diferentes variedades (que crecen y se desarrollan en otras partes del
mundo), sino también con otras.
Se pretende mostrar las técnicas estadísticas utilizadas en el tratamiento de los datos de la
presente investigación. Se han usado procedimientos conocidos, de manera que constituyesen
un medio útil, sin tener la pretensión de desarrollar nuevas técnicas o modelos.
Es importante recordar que nos encontramos ante un material natural, resultado de un proceso
de formación influido por muchos factores (clima, suelo, etc.), que condicionan el producto final
y es la razón principal por la que la madera presenta una heterogeneidad inherente a su
naturaleza que no se encuentra en ningún otro material de construcción. Precisamente esta
variabilidad obliga a que el número de ensayos a realizar deba ser elevado.
Se expresan los valores de la media obtenida para todo el cuerpo de prueba, detallando la
humedad de las probetas (antes de iniciarse el primer ciclo de secado y en el momento de la
realización del ensayo), su densidad básica y anhidra, el % de contracción volumétrica radial y
tangencial a los anillos de crecimiento, los valores de resistencia y de rigidez así como la
cantidad de probetas empleadas. Para los ensayos que lo exigen se distinguen los resultados
según las caras, radial o tangencial.
3.2. Parámetros de estudio.
Los parámetros de estudio son los relacionados con las propiedades físicas y mecánicas de la
madera de Pino Caribaea var. caribaea. Toda la información queda recogida el tablas, gráficos
y esquemas en las que aparecen las siguientes variables.
50
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
⁄

Densidad anhidra.

g
Masa de la probeta en estado anhidro.

cm3
Volumen de la probeta en estado anhidro.

⁄
Densidad básica.

cm3
Volumen de la probeta en estado verde.

⁄
Dureza Janka.
 Ε
mm
Deformación unitaria.
 σ
MPa
Tensión o esfuerzo.

MPa
Tensión o esfuerzo máximo.

MPa
Resistencia a la compresión perpendicular a la fibra.

MPa
Esfuerzo en el límite de proporcionalidad.

MPa
Módulo de rotura.

MPa
Módulo de elasticidad.
3.3. Presentación de resultados.
A continuación se presentan los resultados de los ensayos realizados para la caracterización
de la mencionada madera.
3.3.1. Ensayos para la determinación de propiedades físicas.
3.3.1.1. Densidad anhidra y densidad básica.
En ambos casos se tuvo en cuenta el peso de cada probeta así como sus medidas por cada
cara previamente identificadas (ver anexo 1). En la tabla 3 se relacionan los resultados
correspondientes.
Para lograr una mejor comprensión, se considera necesario recordar la composición del cuerpo
de prueba.

Tipo I: 40 probetas de 102 mm x 52 mm x 52 mm (ensayo para la determinación de la
compresión paralela a la fibra).

Tipo II: 40 probetas de 52 mm de arista (ensayo para la determinación de la compresión
perpendicular a la fibra).
51
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.

Tipo III: 40 probetas de 52 mm de arista (ensayo para la determinación de la
compresión dureza Janka).

Tipo V: 40 probetas de 302 mm x 22 mm x 22 mm (ensayo para la determinación de la
compresión flexión estática).
Tabla 3.1. Valores de densidad del Pino Caribaea var. caribaea.
Tipo
de % de humedad % de humedad
(g/cm3)
(g/cm3)
probeta
inicial
para ensayar
Tipo I
18,5584
12%
0,7124
0,6435
Tipo II
18,0309
12%
0,73912
0,6337
Tipo III
17,4695
12%
0,76358
0,6519
Tipo V
16,5129
12%
0,70135
0,6318
Promedio
17,6429
12%
0,72911
0,6402
Los ingenieros R. García y J. García han propuesto la siguiente escala, aplicable a maderas
secas (con un contenido de humedad de aproximadamente el 15%). (Diez et al., 2000).

Muy livianas: hasta 0.350 ⁄

Livianas: de 0.351 a 0.550 ⁄

Semipesadas: de 0.551 a 0.750 ⁄

Pesadas: de 0.751 a 1000 ⁄

Muy pesadas: de más de 1000 ⁄
Por tanto se puede afirmar que la madera objeto de estudio se puede clasificar como
semipesada pues su densidad básica promedio es de 0.6402 g/cm3. Seguidamente se presenta
en el gráfico 3.1 una comparación con otras especies de pino.
52
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
Densidad de algunas especies de Pino. (g/cm3)
0.6402
0.7
0.6
0.522
0.564
0.56
0.557
0.519
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
P. Silvestre*
P. Radiata*
P. Pinaster*
P. Laricio*
P. Caribaea
var. caribaea
P. Silvestre*
P. Radiata*
P. Pinaster*
P. Laricio*
P. Caribaea var. caribaea
P. Caribaea var. hondurensis**
P. Caribaea
var.
hondurensis**
Gráfico 3.1. Valores de densidad. Comparación *(Hermoso, 2001). **(Reyes et al., 2012).
3.3.1.2. Contracción radial y tangencial.
Después de varios ciclos de secado artificial resulta obvio que la madera pierde volumen. A
través de la toma de mediciones finalizado cada ciclo se llegó a establecer tales diferencias que
quedan reflejadas porcentualmente en el gráfico 3.2.
Contracción volumétrica.
5.0078
5.1
5
4.9
4.8
4.7
4.5797
4.6
4.5
4.4
4.3
Contracción radial (%)
Contracción tangencial (%)
Gráfico 3.2. Contracción volumétrica.
53
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
El autor del presente trabajo considera este aspecto muy importante sobre todo en el momento
del aserrado de la madera. Tener en cuenta el aumento de las dimensiones de las probetas en
ambas direcciones garantiza que una vez alcanzado el porciento de secado estipulado por la
normativa, las medidas de las mismas ronden los valores establecidos para la realización de
los ensayos.
3.3.2. Ensayos para la determinación de propiedades mecánicas.
3.3.2.1. Dureza.
Durante la ejecución de este tipo de ensayo se tuvo especial cuidado con el control de la
velocidad de aplicación de la carga ya que las probetas pueden agrietarse a medida que la
semiesfera penetra con dirección perpendicular a la fibra en la cara de las mismas. (Ver anexo
2).
El valor promedio de dureza Janka obtenido es igual a 764.21 kg/cm2. De las 40 probetas
ensayadas se despreciaron dos de ellas pues sus valores estuvieron muy por debajo de la
media. Se considera que el resultado obtenido es representativo pues debemos recordar que
las muestras fueron tomadas de 25 árboles diferentes. En la tabla 3.2 se compara ese valor
con el de otras especies.
Tabla 3.2. Comparación de valores de dureza Janka.*(Herrero, 2003).
(kg/cm2)
Especie
Origen
% de humedad
Pino Caribaea
Cuba
12
764
Pino Caribaea*
Honduras
12
508
Pino Caribaea*
Nicaragua
29
426
Pino Pinaster*
Reino Unido
12
272
Pino Radiata*
Kenia
13.5
371
Sylvestris*
Reino Unido
12
303
Como se puede apreciar el valor de dureza de la madera objeto de estudio es
significativamente superior al del resto, a pesar de que en algunos casos el porciento de
humedad está por encima del logrado para la experimentación realizada.
54
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
3.3.2.2. Resistencia a la compresión paralela a la fibra.
Es preciso recordar que los valores de carga y desplazamiento o acortamiento obtenidos a
partir de este tipo de ensayo, fue necesario transformarlos a cifras de esfuerzo y deformación
respectivamente. (Ver anexo 3).
Posteriormente todos los valores de las 38 probetas analizadas se plotearon en un gráfico de
dispersión obteniéndose el resultado que muestra el gráfico 3.3.
𝛔
Curva ajustada. Ensayo compresión paralela.
140000
120000
100000
80000
60000
40000
𝜎="-1E+10" 𝜀"3 + 2E+08" 𝜀"2 +
5E+06" 𝜀
20000
0
0
0.005
0.01
0.015
0.02
0.025
𝜀
0.03
Gráfico 3.3. Curva tenso-deformacional mejor ajustada.
Este mejor ajuste de la curva se hizo a través de mínimos cuadrados, lográndose una buena
correlación entre las variablesR² = 0,8432 (84.32%). Seguidamente se obtuvo el valor de
y
la deformación correspondiente al 40% de su valor que, evaluada en la ecuación polinomial,
produce el valor del
3.3.2.3. Resistencia a la compresión perpendicular a la fibra.
El procesamiento de datos para la obtención de este parámetro mecánico es similar al anterior.
Para ilustrarlo de una mejor manera ver el anexo 4. El gráfico 3.4 describe los resultados.
55
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
𝜎
Curva ajustada. Ensayo compresión perpendicular.
20000
18000
16000
14000
12000
10000
8000
𝜎 = -2E+06𝜀2 + 347149𝜀
R² = 0,8264
6000
4000
2000
𝜀
0
0
0.02
0.04
0.06
0.08
0.1
0.12
Gráfico 3.4. Curva tenso-deformacional mejor ajustada.
Finalmente se enuncia el valor de
3.3.2.4. Flexión estática.
El valor de resistencia máxima a la flexión de cada una de las 39 probetas estudiadas se
determinó según fórmula 2.7 del epígrafe 2.4.2.4. Las cifras se ubicaron en un diagrama
siguiendo una distribución normal como lo muestra el gráfico 3.5.
56
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
Gráfico 3.5. Distribución normal correspondiente al ensayo de resistencia a la flexión.
Como se puede apreciar en el resumen que brinda Pasw Statistics (SPSS versión 21.0), el
valor final de
Es importante aclarar que este valor es medio pues se
obtiene restándole a la media el valor de la desviación típica.
Debido a las difíciles condiciones existentes para la realización de este ensayo se produjeron
algunos valores atípicos que se observan el gráfico 3.6.
57
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
Gráfico 3.6. Gráfico de cajas y bigotes para identificar outliers (valores atípicos).
Seguidamente en la tabla 3.3 se propone una comparación con otras especies de pino:
Tabla 3.3. Comparación de valores de
Especie
.*(Hermoso, 2001).
. (Mpa)
Pino Caribaea
86
Pino Sylvestris*
42
Pino Pinaster*
42
Pino Laricio*
53
Pino Radiata*
37
58
Capítulo 3. Evaluación y procesamiento de resultados.
3.4. Conclusiones parciales.

El valor de la densidad básica promedio de la madera objeto de estudio es superior
en comparación con otras de la misma especie que se desarrollan en otras zonas
geográficas.

El resultado de la contracción tangencial a la orientación de la fibra de la madera es
superior al de la contracción radial, correspondiéndose con lo consultado.

La dureza Janka y la resistencia máxima a la flexión estática poseen valores
significativamente superiores (en algunos casos más del doble), con relación a los
demás comparados.
59
Conclusiones Generales.
Conclusiones generales.

Fue imposible acceder a la normativa internacional que regula la experimentación con la
madera. Debido a limitaciones tecnológicas y para consultar la bibliografía
correspondiente no fue posible realizar ensayos de tracción y de cortante.

Cualitativamente, los resultados obtenidos de los ensayos para la determinación de
características físicas y mecánicas del Pino Caribaea var. caribaea, son satisfactorios
pues respaldan lo planteado en los documentos consultados.

La propuesta metodológica de experimentación se ajusta a nuestras condiciones y
recursos. A pesar de ello, se obtuvieron resultados cuantitativamente aceptables de una
madera que está al alcance y puede ser usada más racionalmente por todos.
60
Recomendaciones.
Recomendaciones.
Tomando como referencia la experiencia acumulada en la realización de la presente
investigación y atendiendo alcance de la misma, se plantean las siguientes recomendaciones
para trabajos posteriores:

Continuar con las gestiones pertinentes para lograr el acceso a la normativa
internacional sobre el tema.

Fomentar en los estudiantes el interés por continuar la investigación sobre esta y otras
maderas que crecen en nuestros bosques.
61
Referencias bibliográficas.
Referencias bibliográficas.
1. Acuña, L. Barranco, I. Casado, M. (2007), ´Análisis y validación de la técnica
resistográfica aplicada a la madera estructural´. 11o Congreso Español de END.
Sociedad Española de Ensayos no Destructivos AEND. Gijón (España), pp. 343-354.
2. Acuña, L. Casado, M. Herráez, F. Diez, R. Martín, D. Sánchez, V. (2009),
´Caracterización de la resistencia y rigidez a flexión de Q. pyrenaica Willd. según
diversos métodos de ensayo´. 5to Congreso Forestal Español. Sociedad Española de
Ciencias forestales. Castilla (España), pp.6.
3. Alves, A. (1994). ´Estudio sobre las solicitaciones a compresión normal de las fibras en
la madera´, Doctor en Ingenierías de Estructuras, Escuela de Ingenierías de Sao Carlos,
Universidad de Sao Paulo.
4. Ariza L., I. 2002, ´El nuevo enfoque en los ensayos mecánicos de la madera aserrada
para uso estructural en la normativa europea´. Madera y Bosques 8(2):3-16.
5. Arriaga F, Herrero M.2000. Diseño estructural de armaduras de cubierta de madera.
Boletín de información técnica No 207.
6. Basterra, L. Acuña, L. Casado, M. Ramón-Cueto.
López, G.2009, ´Diagnóstico y
análisis de estructuras de madera mediante técnicas no destructivas: aplicación a la
Plaza Mayor de Chinchón (Madrid) ´. Informes de la Construcción Vol. 61(516): 21-36
7. Calleja, R (2013) ´Estudio de la efectividad de las normas de clasificación visual con
madera estructural de Populus x euramericana´, Ingeniero de Montes, Escuela Técnica
Superior de Ingenierías Agrarias.
8. Chudnoff, M. 1984. Tropical Timbers of the World. USDA Forest Service. Ag. Handbook
No. 607.
9. Cuevas, E. 2003. Propiedades físicas y mecánicas de la Madera. Material de apoyo en
propiedades físicas y mecánicas. Talca, Chile. Universidad de Talca, Escuela de
Ingenierías en Industrias de la Madera. 68p.
10. Dalla, G. Martínez, A. Cochard, H. Rozenberg, P. 2009. ´Variation of wood density and
hydraulic properties of Douglas-fir (Pseudotsugamenziesii (Mirb.) Franco) clones related
to a heat and drought wave in France´. Forest Ecology and Management 257:182–189.
62
Referencias bibliográficas.
11. Díaz, P. (2005) ´Evaluación de Propiedades Físicas y Mecánicas de madera de
Nothofagus glauca (Hualo) proveniente de la zona de Cauquenes, Ingeniero en
Industrias de la Madera, Universidad de Talca, Facultad de Ciencias Forestales.
12. Diez, R. Conde, M. Fdez-Golfin, J. Rosskopf, S. 2000.´Clasificación visual de madera
estructural de pino laricio (pinus nigraarn.) y comparación de resultados usando las
normas une 56.544 y din 4074´Invest. Agr.: Sist. Recur. For. Vol. 9 (2), pp 7.
13. Francis, J (1992), Pinus caribaea Morelet. Caribbean pine. New Orleans, LA: U.S.
Department of Agriculture, Forest Service, Southern Forest Experiment Station.
14. Goche, J. Velázquez, A. Borja de la Rosa, A. 2011. ´Variación radial de la densidad
básica en Pinus Patula de tres localidades en Hidalgo´. Rev. Mex. Cien. For. Vol. 2(7)
15. Goche, J. Fuentes, M. Borja de la Rosa, A. Ramírez, H. 2000.´Variación de las
propiedades físicas de la madera en un árbol de Abies religiosa y de Pinus ayacahuite
var. veitchii.´ Revista Chapingo: Serie Ciencias Forestales y del Ambiente. 6(1):83-92.
16. Guzmán, E.1990. “Curso Elemental de Edificación”, 2° Edición, Publicación de la
Facultad de Arquitectura y Urbanismo de la Universidad de Chile, Santiago, Chile.
17. Hermoso, E. Carballo, J. Fernández-Golfín, J.2007. ´Caracterización estructural de la
madera de Pinus radiata D. Don del País Vasco (España) acorde a las modificaciones
normativas´. Maderas. Ciencia y tecnología 9(3): 223-232.
18. Hermoso, E. 2001, Caracterización mecánica de la madera estructural de Pinus
Sylvestris L [en línea], consultado 12 marzo 2014, http://oa.upm.es/644/1/07200117.pdf
19. Herrero, M (2003) ´Determinación de la capacidad resistente de la madera´, Doctor en
Ciencias Técnicas¨, Universidad Politécnica de Madrid.
20. Jane, F. W. 1970. The structure of wood. 2ª Ed. Adam & Charles Black. London UK.
pp.195–233.
21. Karsulovic, J. 1982. Propiedades mecánicas de la madera.
Santiago,
Chile.
Editorial Universidad de Chile, Facultad de Ciencias Agrarias, Veterinarias y Forestales,
Departamento de Tecnología de la Madera. 101p.
22. Kort, V. Loeffen, P. 1991. ´Ring width, density and wood anatomy of Douglas Fir with
different crown vitality´. IAWA. Bulletinn.s. 12(4): 453-465.
23. Pérez, V. 1983. Manual de propiedades físicas y mecánicas de maderas chilenas.
Santiago, Chile. Corporation National Forestal. 451p.
24. Pittermann, S. Sperry, J. Wheeler, K. Hacke, U. Sikkema, H. 2006. ´Mechanical
reinforcement of tracheids compromises the hydraulic efficiency of conifer xylem´. Plant,
Cell & Environment 29: 1618–1628.
63
Referencias bibliográficas.
25. Reyes, E. Betancourt, J.R. 2012. ´Propiedades físicas de la madera de Pino Caribaea
var. hondurensis, resinado y no resinado de las plantaciones de Uverito (Monagas,
Venezuela) ¨. Revista Forestal Venezolana, Año XLVI, Vol. 56 (1):21-28.
26. Rojas, F. Ortiz, E. 1990. Pino caribe (Pinus caribaea), especie de árbol de uso múltiple
en América Central. CATIE, Turrialba, Costa Rica. Serie Técnica, Informe Técnico No.
175. 59p.
27. Sotomayor, J. 2002.´Caracteristicas mecánicas de la madera y su aplicación en la
industria de la construcción´. Revista Ciencia Nicolaita. UMSNH. Vol. 4 (2):127-138.
28. Torres, H. 1971. Maderas. Santiago, Chile. Corporación Chilena de la Madera. 263p.
29. Valencia, S. (1994). Variación genética de la densidad de la madera en Pinus patula
Schl et Cham. y su relación con la velocidad de crecimiento. Tesis de Maestría en
Ciencias. Programa Forestal. Colegio de Postgraduados. Texcoco, Edo. de México.
México. pp 15-23.
30. Zobel, B. Talbert, J. 1994. ´Técnicas de mejoramiento genético de árboles forestales´.
LIMUSA. México, D. F. México. pp. 413-424.
64
Anexos.
Anexos
Anexo 1.
Anexo 2.
65
Anexos.
Anexo 3.
Carga (KN)
Desp.
(mm)
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
1
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
1.9
3
4
5
6
10
18
29
43
53
70
87
105
124
139
152
161
176
7
20
34
68
97
127
148
166
177
187
195
204
208
220
8
17
31
38
44
57
73
93
113
133
151
167
185
196
205
214
221
229
236
10
24
36
48
67
90
114
136
157
172
187
197
206
216
221
228
234
239
Def.(mm)
0
0.001
0.002
0.003
0.004
0.005
0.006
0.007
0.008
0.009
0.01
0.011
0.012
0.013
0.014
0.015
0.016
0.017
0.018
0.019
66
Esfuerzo (KN)
3
4
0
0
4000
2800
7200
8000
11600 13600
17200 27200
21200 38800
28000 50800
34800 59200
42000 66400
49600 70800
55600 74800
60800 78000
64400 81600
70400 83200
88000
5
0
3200
6800
12400
15200
17600
22800
29200
37200
45200
53200
60400
66800
74000
78400
82000
85600
88400
91600
94400
6
0
4000
9600
14400
19200
26800
36000
45600
54400
62800
68800
74800
78800
82400
86400
88400
91200
93600
95600
Anexos.
Anexo 4.
Determinación del esfuerzo máximo. Ensayo de compresión perpendicular a la
dirección de la fibra.
67
Anexos.
68