Wood Handbook: Wood as an Engineering Material/es

La naturaleza fibrosa de la madera influye notablemente en sus usos. Específicamente, la madera se compone principalmente de células huecas, alargadas y fusiformes, dispuestas paralelamente entre sí a lo largo del tronco del árbol. Al cortar la madera, las características de estas células fibrosas y su disposición afectan propiedades como la resistencia y la contracción, así como la veta y el patrón de la madera.

En este capítulo se ofrece una breve descripción de algunos elementos de la estructura anatómica.

La Figura 1 muestra la sección transversal del tronco de un roble blanco. Las etiquetas representan: A, La capa de cambium (microscópica) se encuentra dentro de la corteza interna y forma la madera y las células de la corteza. B, La corteza interna es húmeda, blanda y contiene tejido vivo. Transporta el alimento preparado desde las hojas a todas las partes en crecimiento del árbol. C, La corteza externa, que contiene capas suberosas, está compuesta de tejido muerto seco. Proporciona protección general contra lesiones externas. La corteza interna y externa están separadas por un cambium. D, La albura, que contiene tejidos vivos y muertos, es la madera de color claro debajo de la corteza. Transporta la savia desde las raíces hasta las hojas. E, El duramen (inactivo) se forma por un cambio gradual en la albura. F, La médula es el tejido blando alrededor del cual tiene lugar el primer crecimiento de la madera en las ramitas recién formadas. G, Los radios leñosos conectan las diversas capas desde la médula hasta la corteza para el almacenamiento y la transferencia de alimento.

Un corte transversal de un árbol muestra las siguientes características bien definidas en sucesión desde el exterior hacia el centro: (1) la corteza, que se puede dividir en la parte exterior, corchosa y muerta, cuyo grosor varía mucho con las diferentes especies y con la edad de los árboles, y la parte interior delgada y viva; (2) la madera, que en los árboles comercializables de la mayoría de las especies se diferencia claramente en albura y duramen; (3) la médula, indicada por un pequeño núcleo central, a menudo de color más oscuro, que representa el crecimiento primario formado cuando los tallos o ramas leñosas se alargan.

La mayoría de las ramas nacen en la médula y sus bases se entrelazan con la madera del tronco mientras están vivas. Estas bases de ramas vivas constituyen nudos entrelazados. Tras la muerte de las ramas, sus bases siguen rodeadas por la madera del tronco en crecimiento. Estas porciones de ramas muertas forman los nudos sueltos o encapsulados. Una vez que las ramas muertas se desprenden, los tocones muertos se cubren de vegetación y, posteriormente, se forma madera libre. En un árbol, la parte que contiene nudos entrelazados forma un cilindro que se extiende a lo largo de todo el árbol; la parte que contiene nudos sueltos forma un cilindro hueco que se extiende desde el suelo hasta la base de la copa verde. La madera libre constituye un cilindro exterior que cubre los extremos de las ramas cubiertas de vegetación. En árboles de segundo crecimiento, la zona libre de vegetación e incluso la zona de nudos sueltos pueden estar ausentes.

Entre la corteza y la madera se encuentra una capa de células vivas de paredes delgadas llamada cambium, invisible sin microscopio, donde la mayor parte del crecimiento en grosor de la corteza y la madera se produce por división celular. En la madera ya formada no se produce crecimiento ni en diámetro ni en longitud; el nuevo crecimiento es simplemente la adición de nuevas células, no el desarrollo de las antiguas. Las nuevas células de la madera se forman en el interior y las nuevas células de la corteza en el exterior del cambium. A medida que aumenta el diámetro del tronco leñoso, la corteza se desplaza hacia afuera, y las capas externas de la corteza se estiran, se agrietan y se estrian en patrones a menudo característicos de una especie. El cambium de la corteza se forma a partir de células vivas y este tejido separa la corteza externa de la interna.

En la mayoría de las especies de climas templados, existe una diferencia suficiente entre la madera formada al principio y al final de la temporada de crecimiento para producir anillos de crecimiento anuales bien definidos. La edad de un árbol en el tocón o en cualquier sección transversal del tronco se puede determinar contando estos anillos (fig. 2-2). Si el crecimiento de los árboles en diámetro se interrumpe por la sequía o la defoliación causada por insectos, se puede formar más de un anillo en la misma temporada. En tal caso, los anillos internos generalmente no tienen límites bien definidos y se denominan anillos falsos. Los árboles que tienen copas muy pequeñas o que han perdido accidentalmente la mayor parte de su follaje pueden formar solo una capa de crecimiento incompleta, a veces llamada anillo discontinuo, hasta que la copa se restablezca.

Los anillos de crecimiento se observan con mayor facilidad en especies con un marcado contraste entre la madera temprana y la tardía, como las maderas duras nativas de porosidad anular, como el fresno y el roble, y la mayoría de las maderas blandas, excepto los pinos blandos. En otras especies, como el tupelo acuático, el liquidámbar y el arce blando, la diferenciación entre el crecimiento temprano y el tardío es leve, y los anillos de crecimiento anuales son difíciles de reconocer. En algunas regiones tropicales, el crecimiento puede ser prácticamente continuo durante todo el año, y no se forman anillos anuales bien definidos.

La parte interna del anillo de crecimiento que se forma primero en la temporada de crecimiento se llama madera temprana o madera de primavera, y la parte externa que se forma más tarde en la temporada de crecimiento, madera tardía o madera de verano. El momento real de formación de estas dos partes de un anillo puede variar según las condiciones ambientales y climáticas. La madera temprana se caracteriza por células con cavidades relativamente grandes y paredes delgadas. Las células de la madera tardía tienen cavidades más pequeñas y paredes más gruesas. La transición de la madera temprana a la madera tardía puede ser gradual o abrupta, dependiendo del tipo de madera y las condiciones de crecimiento en el momento de su formación. En algunas especies, como los arces, los eucaliptos y el álamo amarillo, hay poca diferencia en la apariencia de las partes de madera temprana y tardía de un anillo de crecimiento.

Cuando los anillos de crecimiento son prominentes, como en la mayoría de las maderas blandas y las maderas duras de porosidad anular, la madera temprana difiere notablemente de la madera tardía en sus propiedades físicas. La madera temprana es más ligera, blanda y débil que la madera tardía; se contrae menos transversalmente y más longitudinalmente a lo largo de la veta de la madera. Debido a la mayor densidad de la madera tardía, la proporción de madera tardía se utiliza a veces para evaluar la calidad o resistencia de la madera. Este método es útil con especies como los pinos del sur, el abeto Douglas y las maderas duras de porosidad anular: fresno, nogal americano y roble.

La albura se encuentra junto al cambium. Contiene pocas células vivas y su función principal es almacenar nutrientes y transportar la savia. El grosor de la capa de albura y el número de anillos de crecimiento que contiene pueden variar. Generalmente, la albura tiene un grosor radial de entre 11,5 y 2 pulgadas. En ciertas especies, como la catalpa y la falsa acacia, la albura contiene muy pocos anillos de crecimiento y, a veces, no supera la media pulgada de grosor. Los arces, los nogales americanos, los fresnos, algunos pinos del sur y el pino ponderosa pueden tener una albura de 3 a 6 pulgadas o más de grosor, especialmente en árboles de segundo crecimiento. Por lo general, los árboles de una especie que crecen con mayor vigor tienen capas de albura más anchas. Muchos árboles de segundo crecimiento de tamaño comercial están compuestos principalmente de albura.

El duramen está formado por células inactivas que han sufrido ligeras modificaciones, tanto químicas como físicas, con respecto a las células de los anillos internos de la albura. En esta condición, estas células dejan de conducir la savia.

Las cavidades celulares del duramen también pueden contener depósitos de diversos materiales que frecuentemente le dan un color mucho más oscuro. Sin embargo, no todo el duramen es oscuro. Entre las especies cuyo duramen no se oscurece en gran medida se incluyen los abetos (excepto el abeto de Sitka), la cicuta, los abetos verdaderos, el cedro de Port-Orford, el tilo, el álamo y el castaño de Indias. Las infiltraciones o los materiales depositados en las células del duramen suelen hacer que la madera sea más duradera cuando se utiliza en condiciones de exposición. A menos que se trate, toda la albura es poco duradera cuando se expone a condiciones que favorecen la descomposición.

En algunas especies, como los fresnos, los nogales americanos y ciertos robles, los poros se obstruyen en mayor o menor grado con invaginaciones llamadas tilosis, antes de que se complete la transformación en duramen. El duramen con poros completamente obstruidos por tilosis, como en el roble blanco, es apto para la fabricación de madera de gran tamaño.

El duramen tiene un mayor contenido de extractivos que la albura y, por ello, presenta una mayor densidad. En la mayoría de las especies, la diferencia es tan pequeña que resulta insignificante. El peso y la resistencia de la madera dependen más de las condiciones de crecimiento de los árboles en el momento de su formación que de la transición entre albura y duramen. En algunos casos, como en la secuoya roja, el cedro rojo occidental y la falsa acacia, cantidades considerables de material infiltrado pueden aumentar ligeramente el peso de la madera y su resistencia a la compresión.

Las células de la madera que la componen son de diversos tamaños y formas, y se encuentran firmemente unidas. Las células de la madera seca pueden estar vacías o parcialmente llenas de depósitos, como gomas y resinas, o de tilosis. La mayoría de las células son considerablemente alargadas y puntiagudas en sus extremos: se las suele llamar fibras o traqueidas. La longitud de las fibras de la madera varía mucho dentro de un mismo árbol y entre especies. Las fibras de madera dura miden en promedio alrededor de 1 mm (una veinticincoava parte de pulgada); las fibras de madera blanda (llamadas traqueidas) miden entre 3 y 8 mm (un octavo y un tercio de pulgada).

Además de sus fibras, las maderas duras poseen células de diámetro relativamente grande, conocidas como vasos. Estos forman las principales arterias en el transporte de la savia. Las maderas blandas no contienen vasos especiales para conducir la savia longitudinalmente en el árbol; esta función la desempeñan las traqueidas.

Tanto las maderas duras como las blandas poseen células (generalmente agrupadas en estructuras) orientadas horizontalmente desde la médula hacia la corteza. Estas estructuras conducen la savia radialmente a través de la fibra y se denominan radios o radios leñosos. Los radios se aprecian con mayor facilidad en las superficies cortadas a cuartos. Su tamaño varía considerablemente entre las diferentes especies. En los robles y los sicomoros, los radios son muy visibles y realzan las características decorativas de la madera.

La madera también posee otras células, conocidas como células parenquimáticas longitudinales o axiales, cuya función principal es el almacenamiento de alimentos.

La madera seca se compone principalmente de las siguientes sustancias, enumeradas en orden decreciente de cantidad: celulosa, lignina, hemicelulosas, extractivos y minerales formadores de cenizas.

La celulosa, su componente principal, constituye aproximadamente el 50 % de la sustancia de la madera en peso. Es un polímero lineal de alto peso molecular que, al degradarse químicamente por ácidos minerales, produce glucosa como único producto. Durante el crecimiento del árbol, las moléculas lineales de celulosa se organizan en filamentos altamente ordenados llamados fibrillas, que a su vez se organizan en los elementos estructurales más grandes que componen la pared celular de las fibras de madera. La estrecha asociación física, y quizás parcialmente química, de la celulosa con la lignina y las hemicelulosas confiere a la madera sus útiles propiedades físicas. Las fibras de madera deslignificadas tienen un gran valor comercial cuando se reconstituyen en papel. Además, pueden alterarse químicamente para formar textiles sintéticos, películas, lacas y explosivos.

La lignina constituye entre el 23 y el 33 por ciento de las maderas blandas, pero solo entre el 16 y el 25 por ciento de las maderas duras. Se presenta en la madera principalmente como material intercelular. Al igual que la celulosa, posee una estructura química macromolecular, pero su red tridimensional es mucho más compleja y aún no se comprende completamente. Como sustancia química, la lignina es un material insoluble e insoluble, probablemente unido, al menos débilmente, a la celulosa. Para eliminarla de la madera a escala comercial se requieren reactivos agresivos, altas temperaturas y altas presiones. Estas condiciones modifican considerablemente la molécula de lignina, produciendo una mezcla compleja de compuestos fenólicos de alto peso molecular.

Para la industria papelera, la lignina es difícil de solubilizar y, en ocasiones, constituye un subproducto problemático. Teóricamente, podría transformarse en diversos productos químicos, pero, en la práctica, un gran porcentaje de la lignina extraída de la madera durante el proceso de fabricación de pulpa se quema para obtener calor y recuperar los productos químicos necesarios. Un uso comercial importante de la lignina reside en la formulación de lodos de perforación, empleados en la perforación de pozos petrolíferos, donde sus propiedades dispersantes y de unión con metales resultan valiosas. También se utiliza en la formulación de caucho y como agente incorporador de aire en mezclas de hormigón. En menor cantidad, se procesa para obtener vainillina, utilizada como aromatizante, y para producir disolventes como el dimetilsulfuro y el dimetilsulfóxido.

The hemicelluloses are intimately associated with cellulose in nature and, like cellulose, are polymeric units built up from simple sugar molecules. Unlike cellulose, however, the hemi- celluloses yield more than one type of sugar on acid cleavage. Also, the relative amounts of these sugars vary markedly with species. Hard- woods contain an average of 20 to 30 percent hemicelluloses with xylose as the major sugar. Lesser amounts of arabinose, mannose, and a sugar acid are also attached to the main polymer chain. Softwoods contain an average of 15 to 20 percent hemicelluloses, with mannose as the main sugar unit. Xylose, arabinose, and the sugar acid are again present at lower levels. The hemicelluloses play an important role in fiber-to-fiber bonding in the papermaking process. The component sugars of hemicellulose are of potential interest for conversion into chemical products.

Unlike the major constituents just discussed, the extractives are not part of the wood structure. However, they do contribute to such properties of wood as color, odor, taste, decay resistance, strength, density, hygroscopicity, and flammability. They include tannins and other poly-phenolics, coloring matters, essential oils, fats, resins, waxes, gums, starch, and simple metabolic intermediates. They can be removed from wood by extraction with such inert neutral solvents as water, alcohol, acetone, benzene, and ether. In quantity, the extractives may range from roughly 5 to 30 percent, depending on such factors as species, growth conditions, and time of year the tree is cut.

Ash-forming minerals comprise from 0.1 to 3 percent of wood substance, although considerably higher values are occasionally reported. Calcium, potassium, phosphate, and silica are common constituents. Due to the uniform distribution of these inorganic materials throughout the wood, ash often retains the micro-structural pattern of wood.

A significant dollar value of nonfibrous products is produced from wood including naval stores, pulp byproducts, vanillin, ethyl alcohol, charcoal, extractives, and bark products.

Many species of wood have unique physical, mechanical, or chemical properties. Efficient utilization dictates that species should be matched to use requirements through an understanding of properties. This requires identification of the species in wood form, independent of bark, foliage, and other characteristics of the tree. Field identification can often be made on the basis of readily visible characteristics such as color, presence of pitch, or grain pattern. Sometimes odor, density, or splitting tendency is helpful. Where more positive identification is required, a laboratory investigation of the microscopic anatomy of the wood can be made. Detailed descriptions of identifying character- istics are given in texts such as "Textbook of Wood Technology" by Panshin and de Zeeuw.

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El contenido está disponible actualmente en la Biblioteca Digital Hathi Trust y aquí .

Recopilado por: Forest Products Laboratory (EE. UU.), 1974, "Manual de la madera: La madera como material de ingeniería", Forest Products Laboratory, USDA.

El capítulo 2: Estructura de la madera del "Manual de la madera: La madera como material de ingeniería" fue adaptado por Chris Ruest y Steven Vickers.

Dominio público.

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