Tecnología de la Madera: Propiedades Estructurales, Procesos de Celulosa y Clasificación Técnica

1. Clasificación y Equipamiento Técnico

a) Clasificación visual

• Características generales: dimensiones, escuadría y humedad.
• Singularidades anatómicas: nudos, desviación de fibra, médula y bolsas de resina.
• Singularidades del aserrado: falta de arista, corte inclinado y defectos del aserrado.
• Alteraciones biológicas: pudriciones, hongos, insectos y manchas.
• Deformaciones: arqueadura, encorvadura, torcedura y acanaladura.

b) Equipamiento

• Cinta (huincha) métrica.
• Regla metálica.
• Escuadra.
• Calibre.
• Medidor de humedad.
• Marcador.
• Tablas de clasificación.

2. Aspectos de un Producto Estructural y Uniones

a) Aspectos fundamentales

1. Clasificación estructural.
2. Propiedades resistentes asignadas.
3. Control de calidad.
4. Cumplimiento de normas.

b) Factores de resistencia en uniones dentadas (Finger-joint)

La resistencia de una unión dentada depende de:

• Adhesivo.
• Geometría de los dientes.
• Humedad de la madera.
• Calidad del mecanizado.
• Presión de encolado.
• Curado.
• Calidad de las láminas.

3. Evaluación de Conceptos Técnicos (Verdadero/Falso)

a) Tanto el duramen como la albura de la madera de eucalipto son impregnables totalmente, a diferencia de la madera de pino que no se puede impregnar totalmente. (F)

b) Los hongos que atacan la madera no necesitan que se den ciertas condiciones; solamente necesitan la presencia de alimento, en este caso, la madera. (F)

c) A mayor durabilidad natural, mayor impregnabilidad tiene una madera. (F)

d) Los tratamientos de preservación sin vacío y presión son muy utilizados en nuestro país, y el preservante más utilizado para dichos métodos son las sales de cromo, cobre y arsénico (CCA). (F)

e) Dentro de los tratamientos con vacío y presión, uno de los más conocidos es el Método Bethell, que consiste en realizar un vacío inicial, luego el llenado del autoclave, aplicar presión, realizar el vaciado del autoclave y un posterior vacío final. (V)

f) En el proceso químico al sulfato (Kraft) de pulpeo de madera, los rendimientos obtenidos se encuentran en el rango del 60 al 80%. (F)

g) El objetivo del proceso de cocción Kraft es remover la lignina a través del uso de químicos y calor para lograr separar las fibras que componen la estructura de los chips. Dichos químicos son sulfuro de sodio y cloruro de sodio. (F)

h) Posteriormente al proceso de cocción, uno de los parámetros que se determina es la viscosidad de la pulpa, ya que se busca causar el menor daño posible a las fibras que contienen celulosa, conservando al máximo su largo y su fortaleza. (V)

i) Uno de los objetivos en la línea de fibra en una planta de celulosa es ir removiendo la mayor cantidad de lignina de la madera. El parámetro que se determina en todo este proceso, desde la cocción hasta el final del blanqueo, es el grado de blanco. (F)

Zonas del Diagrama de Esfuerzo-Deformación

1. ELÁSTICA | 2. PLÁSTICA | 3. ROTURA

j) Una forma de evaluar la pulpa que se produce en una planta es a través de pruebas de refinación. Luego de cada etapa de refinación se evalúan varios parámetros. La tracción y el reventamiento son dos de estos parámetros. Cuanto más refinada está la pulpa, mayor es la tracción y menor es el reventamiento. (F)

4. Justificaciones Técnicas

• a) El duramen del eucalipto no es totalmente impregnable; la albura, en cambio, sí presenta mayor impregnabilidad.
• b) Los hongos necesitan humedad, oxígeno, temperatura adecuada y alimento para prosperar.
• c) Una mayor durabilidad natural no implica necesariamente una mayor impregnabilidad.
• d) Las sales CCA se aplican principalmente mediante procesos de vacío y presión.
• e) El método Bethell sigue la secuencia: vacío inicial, llenado, presión, vaciado y vacío final.
• f) El proceso Kraft tiene un rendimiento aproximado de entre el 40% y el 55%.
• g) El proceso Kraft utiliza hidróxido de sodio (NaOH) y sulfuro de sodio (Na₂S).
• h) La viscosidad permite evaluar el nivel de degradación o daño a la celulosa.
• i) El parámetro principal para monitorear la deslignificación es el número Kappa; la blancura se controla principalmente en la etapa final.
• j) Con el refinado, aumentan tanto la tracción como el reventamiento hasta alcanzar un valor óptimo.

5. Productos de Ingeniería de la Madera

Son productos fabricados a partir de madera para mejorar su resistencia y optimizar el aprovechamiento del material.

Principales productos

• Glulam (vigas laminadas): tablas pegadas con las fibras en el mismo sentido. Se utilizan para vigas y estructuras de grandes luces.
• CLT (Madera Contralaminada): tablas pegadas en capas cruzadas (90°). Se utiliza para muros, paredes y pisos.
• LVL (Madera de Chapas Laminadas): chapas finas pegadas con las fibras en el mismo sentido. Es un material muy resistente.
• Contrachapado (Plywood): chapas pegadas de forma cruzada (90°), lo que le otorga gran estabilidad.
• OSB (Tableros de Virutas Orientadas): virutas orientadas unidas con resina.
• MDF (Tableros de Fibra de Densidad Media): fibras de madera prensadas. Composición: 94% fibra y 6% adhesivos y aditivos.

6. Producción de Celulosa

El objetivo principal es separar las fibras de la madera para la fabricación de celulosa.

Etapas del proceso

Patio de madera → Descortezado → Astillado (Chipeado) → Clasificación de chips → Pulpeo → Lavado → Blanqueo → Secado → Enfardado de la celulosa.

7. Contenido de Humedad y Comportamiento Higroscópico

Representa la cantidad de agua presente en la madera.

Fórmulas de cálculo

• Base seca (BS): CH = [(Pi − Pf) / Pf] × 100
• Base húmeda (BH): CH = [(Pi − Pf) / Pi] × 100

Donde: Pi = peso inicial; Pf = peso seco.

Tipos de agua en la madera

• Agua libre: se encuentra en las cavidades celulares. Es la primera en salir y no produce contracción.
• Agua higroscópica: se encuentra en las paredes celulares. Su eliminación provoca la contracción de la madera.
• Agua de constitución: forma parte de la estructura química y no se puede eliminar sin destruir el material.

Punto de Saturación de la Fibra (PSF)

Es el estado en el que ya no queda agua libre, pero las paredes celulares permanecen saturadas de agua higroscópica. Ocurre aproximadamente al 30% de humedad.

• Humedad > 30%: no se produce contracción.
• Humedad < 30%: comienza el proceso de contracción.

Contracción de la madera

La madera experimenta cambios dimensionales al secarse:

• Longitudinal: el cambio es mínimo o despreciable.
• Radial: presenta una contracción intermedia.
• Tangencial: es la dirección donde se produce la mayor contracción.

8. Propiedades Mecánicas

Definen la resistencia de la madera frente a diversas solicitaciones físicas.

• Tracción: fuerzas que intentan estirar el material.
• Compresión: fuerzas que intentan aplastar el material.
• Flexión: fuerzas que doblan el elemento.
• Cizallamiento (Cizalla): cuando una parte del material se desliza sobre otra.

Indicadores clave

• MOE (Módulo de Elasticidad): mide la rigidez del material.
• MOR (Módulo de Rotura): mide la resistencia máxima antes del fallo o rotura.

9. Durabilidad de la Madera

• Maderas de alta durabilidad: resisten de forma natural el ataque de hongos, insectos y la humedad. Aptas para uso en exteriores.
• Maderas de baja durabilidad: requieren tratamientos protectores químicos antes de ser utilizadas a la intemperie.

10. Ensayos Destructivos

Son pruebas técnicas que se llevan a cabo hasta alcanzar la rotura de la muestra para determinar sus límites de resistencia.

Ejemplos comunes:

• Flexión.
• Compresión.
• Tracción.
• Cizallamiento.
• Dureza Janka.