Propiedades físicas de la madera

El comportamiento de la madera es muy variable según la especie. Su performance estructural compite con el acero y deja muy atrás los valores del hormigón.

Se denomina en forma genérica “propiedades de la madera” al comportamiento de este material frente a ciertas solicitaciones del medio que pueden originar efectos no deseados para el edificio y eventualmente para sus ocupantes.

Este comportamiento no deseado de la madera, propio del material, se puede reducir o aun eliminar mediante tecnologías de transformación, pero es inherente a su constitución.

Las propiedades de los materiales son las respuestas que un material da a una demanda o estímulo del medio, y no algo intrínseco del mismo. Hay tantas propiedades como solicitaciones del medio consideremos.

Anisotropía

La madera es la anisotropía por excelencia, es decir, que sus propiedades varían según la dirección en que son examinadas. Su comportamiento, como en el caso del acero, es bueno ante situaciones que originen compresión, tracción, flexión o corte. Es un material cuya performance estructural compite en cierta medida con el acero, y deja muy atrás los valores del hormigón.

Esta capacidad de soportar estados de tensión variados de la madera se modifica sensiblemente con diversos factores. La función básica de una material destinado a la construcción de edificios es su aptitud estructural. Esto es algo así como “apilar materiales” que mantengan su equilibrio a partir de las deformaciones que origina el sistema de fuerzas que actúan en los mismos(incluyendo su propio peso).

Para entender el funcionamiento estructural de la madera, debemos remitirnos a la explicación del comportamiento de los materiales cuando están sometidos a la acción de fuerzas. Los mismos se deforman en relación a las cargas que soportan. Tal vez en nuestra cultura del hormigón armado, el comportamiento de este material, con imagen de rigidez, no hace presente el principio básico de la deformación como expresión del trabajo estructural de un material.

El término tensión admisible, predominando sobre la deformación, tal vez sea la mejor síntesis. En el caso de la madera, predomina la deformación por sobre la tensión como variable de dimensionamiento.

Flexión

Pongamos entonces sobre el tapete que el problema básico de las deformaciones originadas en los materiales por los esfuerzos que se desarrollan en la misma: la flexión.

Esta es la situación dominante en la construcción de los edificios, en tanto es la situación de cualquier superficie plana, horizontal o inclinada, necesidad para nuestras cubiertas o los entrepisos.

Hasta las últimas décadas del siglo XVIII, la madera fue el único material que se encontraba en cantidad suficiente y apropiada para techos, entrepisos y diversos elementos estructurales. Esto expresa la capacidad de asumir deformación por flexión importante sin colapsar. Entremos al tema. Nos preguntamos cuáles son las variables significativas de los materiales de construcción, conuso estructural dominante.

Elasticidad, tensión admisible, peso especifico

El módulo de elasticidad (E) decimos que es algo así como la cédula de identidad de un material e indica cuan rígitecnolo do es un material cuando sometido a la acción de una carga.

La tensión admisible es la máxima tensión a la que un material de construcción debe trabajar en obra.

La pregunta que nos podríamos formular es ¿por qué introducir el peso especifico (Pe), del que muchas veces no tenemos mucha idea, al cual le damos poca importancia.

La mayoría de las cargas gravitacionales que debe soportar la estructura de un edificio se originan en la materialidad del mismo. Como dato aproximativo, en una construcción tradicional de estructura de hormigón y mampostería de cerramiento el peso del edificio se ubica habitualmente en el 70 y 80 % del total del peso en uso.

Pero más aun. De ese altísimo porcentaje de participación de la materialidad de la caja arquitectónica en las fuerzas que debe soportar la estructura, la misma estructura aporta entre un 70 / 80 %, de este peso. Es como decir que el 50% de las secciones de las estructuras son necesarias para soportar la propia estructura.

En una primera comparación, la madera pesa (en promedio) un 25 % del hormigón armado. Pero allí no termina la historia. Por sus características materiales, el hormigón solo toma en forma adecuada la deformación de compresión.

De hecho, esta es la historia del hormigón armado que, asociándolo con el hierro, obtuvo la capacidad de absorber esfuerzos de flexión. Todos sabemos aquello del eje neutro y que en función de su ubicación determina que en promedio solo la tercera parte de la altura de la pieza está tomando tensiones. Significa que debemos colocar dos terceras partes del volumen solo como relleno y nexo entre ambos materiales (hormigón y acero).

Esto nos lleva a un valor más impactante: la relación entre los pesos específicos efectivos de los dos materiales es de 12, esto es: 8 % del hormigón armado. Como en el caso del peso especifico, comparemos los valores habituales de la tensión admisible, o de trabajo, para uno y otro material.

Sin entrar en apreciaciones de detalle, surge de esta relación, que la resistencia promedio de la madera (a la flexión – compresión y tracción en el sentido de las fibras) es el doble de la del hormigón.

Cuáles pueden ser las conclusiones de los cuadros anteriores:

• El hormigón es tan deformable (flexible) como algunas maderas duras.

• El hormigón duplica (y aun más) en rigidez a las maderas blandas.

• La diversidad de los módulos de elasticidad en la madera entre puntas supera el valor tres.

Ya tenemos los tres parámetros

- Un material como la madera cuyo peso especifico efectivo es menos del 10 % del hormigón, y de allí las cargas (gravitacionales) que actuarán en la estructura.

- La resistencia promedio de la madera duplica a la del hormigón.

- La madera tiene un módulo de elasticidad que en algunas especies puede llegar a ser equivalente al del hormigón, y la mitad o aun menos en otras.

La combustibilidad

Como material orgánico, está constituido en su mayor parte por el carbono que fija a través del fenómeno de fotosíntesis. Lamadera es carbón, y se quema, no queda la menor duda. Más aún, la energía obtenida de la “biomasa” es una de las alternativasen desarrollo en el mundo actual.

Pero el punto no es la combustibilidad sino el comportamiento de los materiales en un incendio: la madera es tan o más seguraque la mayoría de los materiales de construcción que usamos habitualmente. La combustión se debe diferenciar del problema del incendio, aun cuando a primera vista el tema fuera el mismo.

El vidrio es el material más incombustible que se utiliza en la construcción. En el caso de un incendio, estalla a temperaturasentre 300 y 400 Cº, que en un incendio característico se produce a los 10 a 15 minutos de iniciado.

El acero, casi el símbolo (erróneo) de la resistencia en un incendio, decae aceleradamente en su capacidad estructural cuando su masa llega a los 600 Cº, esto es a los 20 a 30 minutos de comenzado el fuego. El fenómeno de la fluencia hace que las estructuras metálicas se comporten como si fueran de goma.

El aluminio tiene una performance peor aun que la del acero y su comportamiento es similar pero con períodos más cortos. No olvidemos que la resistencia inicial del aluminio es menor que la de acero.

Posiblemente los plásticos sean los más peligrosos de todos los materiales de construcción en el caso de un incendio. Muchos de ellos son de lenta combustión pero los gases que emiten son muy peligrosos para la salud humana. Tengamos en cuenta que (lo dicen las estadísticas) el 90 % de las personas que mueren en un incendio son víctimas de una asfixia o de una intoxicación por gases.

Si se observan las condiciones exigidas, veremos que lo que importa no es que un incendio destruya un edificio sino que su comportamiento en el tiempo salve las vidas de las personas que lo están ocupando.

Si consideramos la mayoría de los materiales habitualmente utilizados en la construcción, observaremos que todos presentan diversas debilidades frente a un incendio.

El problema no se llama combustibilidad, sino comportamiento de un material en una situación de incendio. La madera se ubica con muchas ventajas frente a esta situación. Una de las razones para elegirla en el denominado Pabellón de la utopía, en la exposición universal de 1998 (Lisboa), fue el comportamiento esperado en el caso de un incendio. Bajo las estrictas normas europeas, aseguraba un funcionamiento correcto durante 90 minutos.

Por iiarquitectos y arq.com.mx