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CAPÍTULO 5

CLASIFICACIÓN Y CARACTERIZACIÓN

CON LA COLABORACIÓN DE: JUAN CARLOS PITER Y ROCÍO RAMOS

(UTN, ARGENTINA), VANESA BAÑO (UNIV. DE LA REPÚBLICA,

URUGUAY) Y LAURA MOYA (UINV. ORT, URUGUAY)

5.1 Clasificación de la madera

A diferencia de la clasificación relacionada con aspectos estéticos, la clasificación por resistencia se fundamenta en determinar la influencia que distintas singularidades y otros defectos ejercen sobre las propiedades mecánicas del material, esto es, sobre la estructura idealizada de la madera que se presentó en la Sección 3.3. Por tanto, la medición de estos parámetros es realizada con el objetivo primordial de determinar su influencia en la resistencia. Este proceso conduce a dividir una población de madera en clases de resistencia5.1, o grupos de dist

inta calidad, sobre la base de un análisis individual de cada pieza estructural, el cual puede ser visual o mecánico. La inspección evalúa el nivel de los parámetros adoptados, y en función de los límites establecidos permite asignar cada pieza a una determinada clase resistente, la cual queda definida por la sección más débil de la pieza, ver Figura 5.1. En consecuencia, si las anomalías que determinan la sección más débil son eliminadas, los trozos de menor longitud en que queda dividida la pieza inicial podrían asignarse a una clase resistente superior que la que le correspondería inicialmente.

figura 5.1 Principio de clasificación mecánica de la madera según su resistencia a flexión. Cada uno de los distintos tramos de madera que conforman una pieza estructural contiene su propia resistencia y rigidez; la clasificación de la pieza se realiza de acuerdo al tramo que presenta la menor resistencia (basado en Thelandersson y Larsen 2003).

Los conceptos de diseño estructural modernos, basados en los estados límite últimos de resistencia y de servicio5.2, requieren del conocimiento preciso de los valores característicos de las propiedades mecánicas del material, ver detalles en el Capítulo 7. La consideración de una población de madera aserrada sin clasificar conduce a la obtención de valores característicos muy bajos, como consecuencia de la alta dispersión natural de sus propiedades. Por el contrario, la división de la población original en clases, que constituyen sub-poblaciones de características más homogéneas, permite sacar provecho de las piezas de mayor calidad y a su vez aumentar la confiabilidad. Razones técnicas y económicas son, entonces, las que justifican la clasificación por resistencia de este material.

Asociada a la modernización de los conceptos de diseño y a la conformación de grandes bloques culturales y económicos, existe actualmente una fuerte tendencia para adoptar criterios técnicos de equivalencia internacional. Un claro ejemplo en este sentido es el desarrollo de las normas europeas, las cuales, para el caso particular de las estructuras de madera, acompañan a los criterios de diseño adoptados por el Eurocódigo 5. La norma EN 338 establece un sistema internacional de clases resistentes que permite insertar grados de calidad de distintas especies y procedencias, con la condición de que se satisfagan determinados requisitos generales adoptados por el sistema.

Existen dos sistemas de clasificación por resistencia de madera aserrada y MLE para uso estructural: el visual y el mecánico. Los países con mayor tradición en la temática han desarrollado a través del tiempo sus propios métodos, basados la experiencia y conocimiento de las especies utilizadas. Las máquinas de clasificación permiten evaluar parámetros no percibidos visualmente, e incorporan mayor precisión y velocidad al proceso. Las numerosas normas de clasificación redactadas en las últimas décadas presentan métodos que difieren en los parámetros considerados y/o en la forma de medirlos, pues recogen experiencias propias de cada país o región, y a su vez se orientan a distintas especies y zonas de cultivo.

El fundamento de los métodos adoptados por las normas se encuentra en la existencia de una correlación conocida entre los parámetros adoptados y las propiedades mecánicas. Cuanto más estrecha es esta relación, más eficiente es el método, pues permite dividir con mayor precisión la población inicial en sub-poblaciones constituidas por los distintos grados de calidad elegidos. Para cada uno de ellos es posible entonces determinar los valores característicos de resistencia, rigidez y densidad, los que adquieren niveles más elevados en las clases con límites más exigentes para los parámetros, o sea, con aptitud superior. No obstante, la complejidad del proceso y la cantidad de grados de calidad deben ser evaluadas convenientemente para posibilitar una aplicación real y eficiente de los métodos en los procesos productivos, en la comercialización y en la utilización del material. Carece de sentido entonces, establecer un número elevado de clases si no se cuenta con un método que:

1 Se base en parámetros altamente eficientes.

2 Sea aplicable en forma simple.

3 Produzca un elevado rendimiento económico del material, es decir que la producción quede equilibradamente incluida en las distintas clases.

4 En el caso de la clasificación visual, se cuente con personal especializado que sea capaz de aplicar el método con precisión, rapidez y rigurosidad.

Pese a lo anterior, la realidad actual es que las normas de clasificación son relativamente rudimentarias y están basadas en conceptos muy antiguos. Esto no es de extrañar, pues siempre es complicado implementar innovaciones tecnológicas en industrias tan tradicionales como la de la construcción, y la clasificación de la madera es sin duda un buen ejemplo de ello. Los coeficientes de correlación de las resistencias a flexión y tracción respecto de la presencia de nudos, el módulo elástico y la densidad típicamente muestran correlaciones en el rango de R2 = 0,4 a R2 = 0,65, por lo que existe gran dispersión de los valores mecánicos. Existe potencial para mejorar esta eficiencia y se siguen generando internacionalmente múltiples investigaciones al respecto. Una posibilidad de mejora consistiría en aplicar nuevas tecnologías tales como la medición de fibra integral5.3, esto es determinar la desviación de la fibra en toda la pieza. De hecho, este tipo de tecnologías se aplica actualmente en clasificadoras industriales de productos de gran valor tales como LVL o terciado. Pero la aplicación de tales tecnologías para la clasificación estándar de madera maciza y MLE, requiere por un lado una inversión considerable, y por el otro la creación de normas más sofisticadas, así que por el momento el método más empleado es método tradicional de clasificación visual, mediante el cual un inspector experto emplea alrededor de 2 a 4 segundos en clasificar una pieza. Por otro lado, debe también notarse que la tendencia internacional es la de emplear cada vez menos madera maciza y más productos laminados y derivados de la madera, lo que reduce considerablemente la heterogeneidad del material, y por ende la dispersión de datos, y la necesidad de desarrollar normas de clasificación más sofisticadas.

5.1.1 Clasificación visual

La clasificación visual por resistencia se ha basado en la tradición y la experiencia hasta finales del siglo diecinueve, aprovechando los conocimientos regionales de las especies y sus anormalidades más importantes. Las primeras reglas detalladas se elaboraron en la década de 1920 en Estados Unidos de Norteamérica, y en la de 1930 en varios países europeos. La evolución posterior ha ido acompañada de la redacción de rigurosas normas por parte de los países que más utilizan este recurso, tanto para especies frondosas como para coníferas.

La eficiencia y rapidez de estos métodos están influidas decisivamente por la pericia de la persona que realiza la tarea. En unos pocos segundos, el clasificador debe observar las cuatro superficies de una pieza aserrada y decidir el grado de calidad al que la asignará, conforme a los límites que para los parámetros visuales se establecen en el método adoptado. Los parámetros normalmente considerados se relacionan a las singularidades ya descriptas anteriormente; en resumen, todo aquello que altera la estructura idealizada (ver sección 3.3):

1 Características ligadas al crecimiento del árbol o a los procesos de producción, tales como nudos, desviación de las fibras, espesor de los anillos de crecimiento, médula o material juvenil adyacente a la misma, madera de reacción y fisuras, entre otros.

2 Deterioros causados por ataques biológicos, como hongos e insectos.

3 Defectos especiales, tales como reducciones de la sección transversal producidas durante el aserrado.

4 Desviaciones de la geometría prevista.

Parámetros visuales

La nudosidad es un parámetro de gran importancia en este tipo de procesos, y expresa la relación entre el tamaño del nudo mayor (o del mayor agrupamiento) y las dimensiones de la sección transversal de la pieza. Como se describió anteriormente, los nudos desplazan y desvían las fibras de la pieza estructural. Existen diversos criterios para expresar la nudosidad, pero todos persiguen el propósito de dimensionar con la mayor sencillez y precisión posibles, la pérdida de capacidad mecánica que origina esa anomalía. Los criterios más usuales son los siguientes:

1 Tamaño del nudo en relación a la dimensión de la superficie en la cual se manifiesta.

2 Relación entre la proyección del nudo sobre la sección transversal y el área de ésta (comúnmente denominada Knot Area Ratio: KAR).

3 En algunas normas, consideran específicamente además de lo anterior, cuál es la relación de la proyección de los nudos y la sección transversal de la madera, pero únicamente en las zonas próximas a los bordes (habitualmente h/4 inferior y superior). Esta diferenciación se hace porque la caracterización de la madera se basa a menudo en la resistencia a flexión, y los bordes traccionados y comprimidos son las partes más tensionadas; por ende, las partes donde la aparición de un nudo es más crítica. La proporción de nudos en las zonas de borde se denomina habitualmente como Margin KAR, ver una ilustración en la Figura 5.1.1. figura 5.1.1 Evaluación de la nudosidad. Habitualmente se considera un fragmento de la pieza de madera (aprox. 10-20 cm), y se proyecta el área de los nudos en la sección transversal. La relación de la proyección total de los nudos respecto del área transversal se denomina KAR y la proyección en las zonas de margen (habitualmente ±h/4) se denomina Margin KAR.

Es de destacar que la influencia negativa de la nudosidad sobre las propiedades mecánicas, es usualmente más importante en las coníferas que en las frondosas, en piezas de menor escuadría, y también varía con las especies. A su vez, existen particularidades que surgen de los análisis de correlación que soportan el método adoptado. Dentro de éstas se pueden citar distintas formas de considerar la nudosidad que se manifiesta en una arista, la acumulación de este parámetro en una determinada longitud de la pieza estructural, entre otros. No obstante, en todos los casos se especifica el límite superior correspondiente a cada clase resistente.

La desviación de las fibras, es un parámetro que puede apreciarse visualmente observando las fisuras de contracción o el desarrollo longitudinal de los anillos anuales sobre la superficie. También puede determinarse por medio de un trazador, que es un instrumento consistente en una manivela con una manija articulada en un extremo, y una aguja en el otro. La inclinación respecto del eje longitudinal de la pieza se considera solamente en forma general, descartándose las desviaciones locales alrededor de los nudos, pues su influencia sobre las propiedades mecánicas es considerada a través de la nudosidad. La desviación se expresa y limita para cada clase relacionando el valor de la inclinación respecto del eje longitudinal de la pieza con la longitud en la cual se produce. Generalmente su correlación negativa con la resistencia es menor a la que presenta la nudosidad.

El espesor de los anillos de crecimiento anual, se registra en dirección radial en los extremos de la pieza estructural. Para este fin no se considera la zona contenida en un radio que usualmente mide 25 mm a partir del eje de crecimiento o médula. Desde que a un mayor espesor del anillo corresponde una menor densidad, y que ésta exhibe generalmente una correlación positiva con las propiedades mecánicas, la restricción para cada clase resistente se establece fijando un límite superior para el espesor promedio o para el mayor anillo, o una cantidad máxima de anillos en un radio determinado. La consideración de este parámetro es de mayor importancia en las coníferas que en las frondosas, aunque aún en las primeras su correlación con la resistencia es variable entre especies y procedencias.