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El diseño mecánico de los árboles y el hormigón armado
3.136 visitas desde el 05/06/2011
Pablo Nicolás Naim
Tecnología


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Las plantas leñosas ofrecen ciertos desafíos mecánicos que deben ser resueltos para lograr la estabilidad de una estructura. Lo mismo ocurre cuando un arquitecto diseña una estructura con hormigón armado. El problema para un árbol consiste en sostener en un eje principal todo el peso de las ramas y hojas. Esto genera importantes fuerzas inducidas por el peso propio del árbol y los adicionales (la lluvia, la nieve o la simple inclinación del eje vertical).

Un factor clave sobre el diseño mecánico de los árboles en cuanto a las propiedades de la madera de ramas y troncos, es su relación con la edad. Una característica significativa de las variaciones con la edad en la madera, es la diferencia anatómica y funcional entre la albura y el duramen. Siempre que las propiedades mecánicas de estos dos tipos de tejidos sean indistinguibles, esta dependencia con la edad tiene poca o ninguna consecuencia en la estabilidad estructural de los árboles. Pero cuando se estudian muestras de tejidos de diferente crecimiento, se encuentran diferencias significativas entre la albura y el duramen en la densidad, resistencia a la tensión, resistencia a la compresión y otras propiedades. Lo cual sugiere, que el área de la albura y el duramen pueden diferir en la influencia sobre la estabilidad estructural de los árboles (1).

En el proceso de duraminización la madera de albura se transforma en duramen. El tiempo en el que las plantas comienzan a sufrir el proceso depende en gran medida de la especie, las condiciones del ambiente y la edad. Por ejemplo, en Pinus radiata este proceso comienza entre los 12 y 15 años, mientras que en Prosopis alba se inicia entre los 3 y 6 años. La proporción de albura:duramen y el grado de diferenciación anatómica entre ambos, es muy variable en las distintas especies y estos cambios histológicos afectan a la robustez del leño.

Los componentes de la madera pueden dividirse en estructurales y no estructurales. Los componentes estructurales son aquellos que componen la pared celular. Mientras que los componentes no estructurales son sustancias conocidas como extraíbles: alcoholes, fenoles, aldehídos, cetonas, ácidos alifáticos, ceras, etc.. La lignina, junto a la celulosa y hemicelulosa, son polímeros estructurales fundamentales de las paredes celulares y en consecuencia de las fibras de la madera. La incorporación de lignina a la pared celular le confiere a ésta mayor resistencia a la compresión y la celulosa le da resistencia a la tensión. La proporción y composición química de la lignina y la hemicelulosa difieren para las maderas de coníferas y latifolias, mientras que la celulosa es uniforme en composición en todas las maderas.



El leño de reacción es un tipo de leño producido en las partes más bajas de las ramas, en los troncos de las coníferas inclinados y encorvados (leño de compresión) y en las capas superiores de los mismos tipos de partes axiales en las dicotiledóneas (leño de tensión). Las fibras del leño de tensión son conocidas como fibras gelatinosas, las cuales forman una capa rica en celulosa y no está lignificada. De manera inversa, la fibra del leño de compresión, está fuertemente lignificada (2). Cuando se aplica tensión exógena en la madera (viento, nieve, etc.) da como resultado variaciones en el contenido de celulosa, hemicelulosa y lignina. Por ejemplo, en la madera de Eucalyptus cypellocarpa expuesta a tensión, se registró un incremento del contenido de celulosa de 44 a 57% y de un 13,8 a un 29,5% de lignina. Además se ha encontrado en Populus deltoides una correlación entre el grado de inclinación del árbol y la proporción de fibras gelatinosas (3). La naturaleza exacta de los estímulos inductores del desarrollo del leño de reacción no es aún bien conocido, aunque están claramente descriptos los cambios anatómicos y fisiológicos relacionados. Si bien el leño de reacción en el fuste constituye un grave defecto para algunos usos industriales debido a su irregular densidad y a su variación respecto a las propiedades físico-mecánicas típicas, a los árboles le permite aumentar su resistencia a su propio peso y los adicionales a medida que va aumentado su tamaño.



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Comentarios



2011-11-17 19:16:50
No cabe duda que la naturaleza siempre nos va a enseñar todo.





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