Radiografía de la Madera: Ruta para un Mejor Aprovechamiento

Carlos Elías Sepúlveda Lozano

Periodista M&M

Las propiedades fisicomecánicas de la madera están determinadas por las características y disposiciones estructurales internas que posea el material, que dependen del ambiente donde se desarrolle y la genética de la especie. Conocer esta información es vital para que los industriales logren los resultados que  necesitan del recurso, en sus procesos de transformación y producto final.

No tener en cuenta las propiedades fisicomecánicas de la madera para realizar procesos de aserrado, maquinado, secado y acabado, puede generar consecuencias negativas en los productos finales que con ella se obtienen, lo que ocasiona pérdidas económicas para los industriales del sector maderero.

El siguiente artículo tiene por objetivo que los lectores recuerden las propiedades primordiales de la madera y los factores ambientales que influyen en su composición estructural interna, para que aprovechen al máximo este material, tan valioso y generoso en sus posibilidades.

La madera es una sustancia dura y fibrosa, conformada por celulosa en un 50 por ciento, elemento primordial para el sostén de los tejidos –constituido por la glucosa creadora de las fibras que constituyen la pared celular–; lignina en un 30 por ciento, que provee dureza y protección; y productos orgánicos en un 20 por ciento como grasas, taninos, azúcares, aceites y sales minerales, entre otros. El agua está presente en cada uno de los componentes mencionados.

A nivel del árbol, es importante recordar que la estructura interna se divide en capas que tienen una función específica para la sustentabilidad de este; la primera de ellas es la corteza, recubrimiento exterior que le brinda impermeabilidad y protección contra gases y agua; la segunda es el floema o liber, formado por células alargadas que transportan descendentemente, a través de su interior, la savia elaborada– compuesta por agua, azúcares y minerales disueltos– hacia las raíces.

En tercer lugar está el cámbium, encargado de generar las células que, mediante un proceso de diferenciación, se convierten en vasos, fibras, traqueidas o parénquimas y que serán explicadas más adelante. Dichas células son conducidas, según sus características, hacia el floema o el xilema para cumplir funciones de resistencia, conducción de elementos o almacenamiento de los mismos. El xilema, que es la madera como tal, es la siguiente capa interna del árbol y su función principal es transportar ascendentemente el agua y los nutrientes minerales desde la raíz, para que luego se conviertan en la savia, fluido fundamental en todos los procesos necesarios para el crecimiento y mantenimiento del tronco.

Por último, está la médula o corazón –centro del tronco– que no se aprovecha industrialmente por sus irregulares propiedades físicas y mecánicas.

Adicionalmente, es importante saber que el árbol crece en anillos (anillos de crecimiento), tema crucial cuando los industriales hablan de defectos en los procesos de elaboración. Este crecimiento se divide en crecimiento primario (desde el sembrado), en el que el tronco aumenta su longitud, y crecimiento secundario (que tiene lugar en el cambium), cuando aumenta su espesor.

El xilema, como se explicó, es la parte útil del árbol, la capa donde se encuentra la materia prima de mejor calidad para los propósitos de la industria. Los tejidos que la componen están conformados por cuatro tipos de células: vasos, fibras, traqueidas y parénquimas.

Las primeras, células perforadas en sus extremos superior e inferior permiten la conducción ascendente –a través de su interior– del agua y de las diferentes sustancias minerales que proveen la nutrición del árbol; y las segundas, células sin perforaciones en sus extremos, más largas que los vasos y que componen más del 50 por ciento de la estructura de la madera; en ellas recae la responsabilidad de la resistencia; puesto que del grosor de su pared celular depende la densidad de la madera, por tal razón sus propiedades físicas y químicas son determinantes en las características de resistencia y trabajo de las maderas (Johnston, 1991).

Un componente que influye de manera contundente en la rigidez de la pared celular es la lignina, muy abundante en la madera. Su presencia establece la diferencia entre la madera y otros elementos celulósicos, al tiempo que ejerce un efecto aglomerante –agrupa– en la estructura fibrilar de las células.

El tercer grupo de células son las traqueidas, de tipo imperforado más cortas que las fibras, con un tamaño similar al de los vasos, y que presentan modificaciones en su pared celular –llamadas punteaduras– para intercomunicarse con las células que conforman el tejido xilemático. Son las más importantes en la composición del xilema de las especies coníferas, dado que se encuentran en un 90 por ciento del volumen de este tejido y son las responsables de las funciones de conducción y sostenimiento en las maderas de este tipo.

Finalmente, están las parénquimas, células que pueden variar en su forma; sus paredes celulares son flexibles y delgadas de celulosa. El conjunto de estas células se denomina tejido parenquimático, y es el encargado del almacenamiento de las sustancias de reserva, minerales, agua y productos elaborados o fotosintetizados, transformados en energía química gracias a la luz solar. En muchas especies, este tipo de células presentan cristales de oxalato de calcio y sílice, que ocasionan desgastes importantes en los filos de las herramientas durante los procesos de transformación.

Clasificación de la Madera e Higroscopicidad

Cabe resaltar que la cantidad y tipo de células que posea una especie de madera dependerán de su genética y del ambiente en el que se desarrolle. A pesar que existen varios tipos de maderas, éstas se clasifican botánicamente en dos grandes grupos, según su composición estructural interna: coníferas y latifoliadas.                                                                                               

Las coníferas o gimnospermas comprenden las maderas de estructura sencilla, hecho que las hace más ligeras que las latifoliadas, aunque las propiedades de dureza y pesadez pueden variar en la misma especie. Son maderas blandas, y por ende, fáciles de trabajar a razón que poseen un alto contenido de traqueidas y parénquimas, por lo que no tienen demasiado espacio para las fibras, proveedoras de la resistencia.

El segundo es el llamado grupo de las latifoliadas, cuyas células (vasos, parénquimas y fibras en mayor cantidad) poseen paredes más gruesas, pocos espacios huecos y cavidades estrechas, hechos que les otorga un tejido leñoso, formado por la unión de las diferentes células, compacto y más resistente; condición que dificulta, por su alta densidad, la fractura del material y su trabajabilidad a la hora de recibir una fuerza externa con las herramientas tradicionales de transformación.

“Es importante decir que el poro es la sección transversal del vaso, y el tamaño y frecuencia de los vasos o poros, evidencian la relación de la especie con su entorno, en su desarrollo”, afirma la docente Esperanza N. Pulido. Aparte de lo anterior, afirma que un conocimiento fundamental en el trabajo de la madera, es saber manejar el contenido de humedad contenida en su interior, porque de esta variable depende la calidad del material y el uso final que tendrá.

La higroscopicidad es, precisamente, la condición que posee la madera de absorber o liberar humedad según el ambiente. La madera tiene un punto de equilibrio –equilibrio higroscópico– para la humedad, en el cual no la absorbe ni la libera a la atmósfera, es decir, alcanza un estado estacionario o fijo; punto que se altera cuando el material se expone a un medio seco y el agua alojada en el interior cede, ó en un ambiente húmedo la absorbe, depositándose en los vasos que posee el tejido leñoso.

En términos prácticos, conocer el equilibrio higroscópico, en el que la madera alcanza un nivel de humedad límite, resulta fundamental para adelantar procesos exitosos de secados y evitar cambios de contracción o dilatación de la madera en los diferentes climas donde este expuesta. Esta característica de la madera es indeseable para los procesos de industrialización, puesto que debido a ella se afectan las propiedades mecánicas y su rendimiento.

Humedad y Secado de la Madera

Una de las propiedades más importantes de la madera es la densidad, que se traduce en la relación peso-volumen, e indica la cantidad de masa que posee el tronco en su interior.

Esta propiedad se divide en densidad absoluta, relación total que posee la pieza de madera, y la densidad aparente, que tiene en cuenta los vasos y la porosidad de la madera y que por esta misma razón es inestable, dado que depende de la humedad de la madera que no es constante ni siquiera en el mismo tronco. El valor se expresa por la siguiente fórmula:

D= Peso_ (donde sus unidades son g/cm³)

                Volumen

El contenido de humedad (CH%) se refiere al peso del agua en cada pieza de madera, condición determinante para calcular el peso de la madera y establecer el comportamiento de las propiedades mecánicas, y es inversamente proporcional a la resistencia de la madera. La madera presenta variaciones cuando se seca por debajo del 30 por ciento de humedad.

Ligado a la humedad se encuentra el ‘peso específico‘, que constituye una de las propiedades físicas más importantes de la madera, porque de ella dependen la mayoría de las características físicas y mecánicas.

Este aspecto sirve para clasificar las maderas y determinar su aptitud para posibles usos; así, por ejemplo, las maderas más pesadas son más resistentes, elásticas, duras, difíciles de secar, de trabajar y pueden tener mayor variación volumétrica que las maderas más livianas. Normalmente, para la fabricación de pisos, es recomendable que el industrial elija una madera con valores altos de peso específico (pesadas), porque aumenta la vida útil del producto; pero para fabricar muebles, es más productivo usar maderas de bajo peso específico, debido a que su manipulación es más fácil, y en general, no sufren el desgaste de un piso. Para estos casos el industrial puede encontrar maderas que oscilan entre los 130 kg/m³ (madera balsa) hasta 1400 kg/m³.

Los troncos, tras el corte, contienen una gran cantidad de humedad en los vasos y fibras que lo componen internamente; lo que provoca cambios en las propiedades físicas y químicas del material, situación que obliga a buscar su equilibrio mediante un adecuado proceso de secado; el objetivo principal: reducir el nivel de humedad y savia que posee el tronco en su estado natural. En los troncos existen dos tipos de agua en la madera:

  • Agua fija: se da cuando las fibrillas, vasos, de la pared celular están saturadas de agua, que tiende a salir con más lentitud del tronco, momento en el cual suceden cambios dimensionales (tamaño) y de resistencia en la madera; siendo una madera seca, más resistente, y una húmeda menos resistente (ver cuadro). Recordemos que la madera, al ser un elemento higroscópico, tiene la facultad de ganar o ceder humedad, lo que genera también cambios en sus dimensiones, dependiendo la especie.
  • Humedad de agua libre: se ubica en el lumen (espacio limitado por la pared celular) de las células pero no afecta las propiedades resistentes de la madera ni su cambio dimensional. Ocurre cuando los vasos de la pared celular están completamente saturados, lo que provoca que el agua adquirida se aloje en los espacios libres de la célula. Cuando el agua alojada, en esos espacios libres, se evapora y la madera –dependiendo de la especie– tiene un contenido de humedad entre 21 y 40 por ciento, significa que ya no existe agua en dichas cavidades.

La humedad sale de la madera en forma de vapor, a través de los tejidos que la conforman. Para que este proceso sea más efectivo y cumpla con el propósito de hacer la madera duradera, los industriales del sector aplican diferentes métodos de secado.

Entre los distintos tipos de secado está el natural, en el que se apila la madera, organizadamente, al aire libre para que éste circule por los espacios existentes entre las piezas, penetre la madera y la seque progresivamente.

A pesar de que el peso de la madera evita que ésta se deforme y que no cambia de color durante el proceso; una de las mayores desventajas del método es que no destruye las larvas de los insectos presentes al interior de la madera, lo que redunda en una baja calidad del material y una reducción en su precio; sin contar que el roce entre maderos, en el apilado, produce recalentamiento y genera la fermentación de la savia, hecho que hace más difícil el drenado.

Como recomendación importante está que este procedimiento se realice en terrenos secos, a fin de evitar la humedad del piso que produce pudrición y cría carcoma o larva; en condiciones apropiadas, el secado de madera, con este sistema, puede tardar dos años para las maderas blandas y hasta seis años paras las duras.

Otra técnica empleada por la industria es el secado natural acelerado, en el cual se sumergen los troncos en agua circulante a una velocidad determinada. Las corrientes de agua se encargan de atravesar por ósmosis (penetración) los tejidos del material, a través de los vasos, disolver la savia y eliminar las sales.

El procedimiento –pese a que oscurece la madera y disminuye el tiempo de secado en un tercio puesto que el agua incorporada al tronco se evapora más rápidamente que la savia– demanda gran cuidado especialmente en la organización de los tablones pues el exceso de ventilación, en la madera que ya está seca, puede provocar su agrietamiento por contracción.

Una tercera modalidad de secado es el artificial, implementado por la gran industria y que consiste en tratar la madera en un ambiente alterado, para que elimine la humedad de forma rápida. Uno de los procedimientos más utilizados en este campo es el secado al vapor de agua y aire caliente, que amplia los vasos de la madera por acción del vapor y disuelve la sabia, gracias al flujo de agua condensada en el tronco.

Comparativamente, se trata de uno de los métodos más eficientes por cuanto elimina insectos y gusanos; reduce el tiempo de secado de meses y años, a semanas; realizado correctamente evita torceduras en el material y ofrece, además, una madera con un porcentaje de humedad normal que oscila entre el 10 y el 15 por ciento. Sin embargo, vale anotar que este procedimiento durante su desarrollo, no admite cambios bruscos de temperatura, puesto que puede producir grietas, alabeos o curvaturas.

Propiedades Físico-mecánicas de la Madera

Es evidente la importancia que tiene para los industriales, conocer la composición y características de la madera, dado que pueden realizar procedimientos adecuados para evitar errores en la manipulación de la madera, piezas defectuosas y por ende, pérdidas económicas.

  • Hendibilidad: es la tendencia que tiene una madera para fracturarse en el sentido de las fibras, por tal motivo las más propensas para que esto suceda son las que poseen fibras largas y no tienen nudos, a razón de que la fuerza de cohesión de las fibras axiales o radiales, es más débil al recibir presión. Las maderas verdes son más hendibles, puesto que sus tejidos, debido al grado de humedad, no presentan una solidificación total.
  • Dureza: depende básicamente de la abundancia y cohesión de las fibras, la carencia de vasos y del grosor de su pared celular –ésta última determina la densidad del tejido–; además de la dificultad o resistencia que oponga el material para que penetre cuerpos como clavos, tornillos, sierras, entre otros. El contenido de humedad es también un factor determinante pues, a menor contenido de humedad mayor dureza. Existe una relación entre la dureza y el peso especifico aparente, ya que las maderas más duras son más pesadas, propiedad importante para la fabricación de pisos de madera.
  • Flexibilidad: es la característica que poseen algunas especies de madera, de doblarse sin partirse, siendo las maderas blandas o verdes, más flexibles que las duras o secas. Esta propiedad obedece a que las paredes celulares que componen el tronco –cuando es verde o blando– poseen gran cantidad de agua, lo que provoca que los tejidos tengan la posibilidad de doblarse, pero también de volver a su estado natural.
  • Plasticidad: es una propiedad relativa en la madera que se obtiene luego de un buen proceso de compresión de fibras, para lograr un fácil moldeado. Los tejidos que componen el material no vuelven a su forma original cuando reciben una fuerza externa.
  • Porosidad: se refiere al número mayor de células vacíales, vasos, y gran cantidad de traqueidas, en el tejido leñoso del árbol, que no dan lugar a que se desarrollen las fibras que son las que brindan resistencia al tronco.
  • Contracción e hinchamiento: la madera conserva en condiciones normales de 15 a 20 por ciento de agua; en el momento que este porcentaje se evapora, las células de la madera sufren una disminución en su volumen y el material se contrae; otro es el caso cuando el grado de humedad en la madera es menor al del ambiente, el material absorbe agua y las células aumentan de volumen; lo que produce dilatación.
  • Homogeneidad: se presenta cuando la estructura y composición de las fibras son uniformes y poseen las mismas propiedades intensivas en todo su sistema, de modo que el tronco no registra cambios bruscos a largo. Esto depende de la especie y las condiciones de crecimiento de la misma.
  • Color: es producto de la mezcla de los pigmentos que poseen las células, el contenido de lignina, celulosa, la mineralización y la conversión del nitrógeno orgánico en amonio o nitrógeno mineral. Existen maderas fotosensibles (se oxidan en contacto con la luz) las cuales es importante conocer cuando se comercializa un producto determinado, pues con el trascurso del tiempo cambia de color por esta propiedad.
  • Olor: esta que se origina en las esencias que tienen sustancias como resinas, ceras, trementina –que se logra por la destilación de la resina– y las grasas contenidas en el tronco. Debido a sus propiedades volátiles, estos elementos se evaporan rápidamente después del corte de la madera y provocan una ligera pérdida de olor.
  • Conductibilidad: facultad que posee la madera de transmitir calor a través de su estructura y en este sentido, el material es mal conductor cuando su interior es altamente poroso, y excelente conductor cuando la madera es verde, a causa del alto contenido de humedad.

Independiente de los procesos que adelante una planta, del tipo de producto que persiga fabricar, y del público al que vayan dirigidas sus obras; es clave en la producción, para los industriales, tomar como hoja de ruta la “radiografía” descrita, considerar la composición y las características de la madera antes de cualquier proyecto o maquinado, conocer estos criterios, asimilarlos y aprovecharlos para su beneficio. No hay que olvidar que los errores, en el campo productivo, no sólo pueden poner en riesgo una producción sino la estabilidad entera de una empresa.

Fuentes:

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