Analysis of the mechanical properties of Caixeta wood in relation to moisture content variations: Implications for ABNT NBR 7190:2022

La madera es un material de construcción extraordinario, valorado por su capacidad para soportar cargas pesadas permaneciendo lo suficientemente ligera como para ser levantada a mano. Esta alta relación resistencia-peso la hace ideal para la construcción de todo tipo de estructuras, desde marcos simples hasta complejas vigas de ingeniería. Sin embargo, la madera no es una sustancia estática como el acero o el hormigón; es un material vivo que respira y que intercambia constantemente agua con el aire que la rodea. Esta capacidad de absorber y liberar humedad, conocida como ser higroscópica, significa que la estructura interna de la madera cambia conforme cambian las condiciones climáticas. Cuando la madera absorbe agua, sus fibras se hinchan y su capacidad para resistir la rotura o la flexión generalmente se debiliza. Los ingenieros deben tener en cuenta este comportamiento para asegurar que un puente o un edificio de madera permanezca seguro a lo largo de su vida, ajustando sus cálculos basándose en qué tan húmeda o seca se espera que esté la madera.

En Brasil, un conjunto específico de reglas conocidas como ABNT NBR 7190:2022 guía cómo los ingenieros diseñan con madera. Estas reglas proporcionan un punto de referencia estándar, asumiendo que la madera se utilizará con un contenido de humedad del 12 por ciento. Si la madera está más húmeda o más seca que esto, el código ofrece un método matemático para estimar cuánto más fuerte o débil será la madera. El código actúa esencialmente como un traductor, convirtiendo las mediciones tomadas en el laboratorio en valores que pueden usarse de forma segura en la construcción. Pero para que esta traducción funcione perfectamente, las reglas deben reflejar con precisión cómo se comportan realmente los diferentes tipos de madera. Si bien el código funciona bien para muchas especies, existe una creciente necesidad de verificar si estos ajustes estándar se mantienen para las diversas y únicas maderas tropicales que se encuentran en la Amazonía y otras regiones de Brasil.

Esta es la pregunta que Nicolas Freitas y Francisco Rocco, de la Universidad de São Paulo, se propusieron responder. Se centraron en una especie de árbol tropical específica llamada caixeta, conocida científicamente como Simarouba amara. Esta especie está ganando atención por su potencial uso en aplicaciones estructurales, incluyendo la producción de madera laminada encolada, que es un tipo de madera de ingeniería fabricada mediante la unión de capas. Los investigadores querían ver si el código brasileño estándar predecía correctamente cómo se comportaría la madera de caixeta cuando estuviera húmeda, específicamente cuando estuviera cerca de su punto de saturación de las fibras. Este punto de saturación es el momento en que las paredes celulares de la madera están completamente llenas de agua, pero no existe agua libre en los espacios abiertos entre las células. Para la caixeta, el equipo encontró que este punto era de alrededor del 24.25 por ciento de contenido de humedad.

Para probar esto, el equipo recolectó trece grandes vigas de madera de caixeta de un proveedor en São Paulo, que habían sido cosechadas en el estado de Mato Grosso. Cortaron estas vigas en piezas de prueba más pequeñas, asegurándose de que, por cada pieza de madera, crearan dos juegos de muestras: un juego secado hasta el nivel de humedad estándar del 12 por ciento, y otro mantenido húmedo al 25 por ciento, apenas por encima del punto de saturación. Esta cuidadosa configuración les permitió comparar la misma madera bajo dos condiciones diferentes, eliminando cualquier conjetura sobre si las diferencias se debían a la madera en sí o simplemente a la variación natural entre los árboles. Luego, sometieron estas muestras a una batería de rigurosas pruebas, midiendo desde la dureza de la madera hasta cuánta fuerza podía soportar antes de romperse en tensión, compresión o flexión.

Los resultados revelaron un patrón claro: a medida que el contenido de humedad aumentaba, las propiedades mecánicas de la madera de caixeta generalmente disminuían. La madera más húmeda era, en efecto, más débil y menos rígida que la madera más seca. Sin embargo, la historia se volvió más compleja cuando los investigadores compararon sus mediciones reales contra los números predichos por el código oficial. Las reglas estándar sugerían que la resistencia de la madera caería una cierta cantidad a medida que se humedeciera, pero las pruebas del mundo real contaron una historia diferente. En muchos casos, la madera húmeda real era más fuerte de lo que el código predecía que sería. Por ejemplo, al observar la capacidad de la madera para resistir la flexión, el valor experimental fue aproximadamente un 16.66 por ciento mayor que el valor estimado. Del mismo modo, la rigidez de la madera en compresión fue aproximadamente un 12.75 por ciento mayor de lo que calculó la fórmula estándar.

Quizás el hallazgo más significativo se refirió a cómo debería clasificarse la madera para fines de construcción. Basándose en sus pruebas al nivel de humedad estándar del 12 por ciento, los investigadores calcularon un valor de resistencia específico que situaba a este lote de caixeta en una categoría de resistencia superior, conocida como D30. Esto fue un cambio notable, ya que el código brasileño actual clasifica a la caixeta como una especie D20, lo que implica que es más débil. Esta discrepancia resalta una realidad crucial: la madera de la misma especie puede variar significamente dependiendo de dónde creció y de qué lote específico se esté utilizando. La clasificación estándar podría estar subestimando el potencial de esta madera en particular, o simplemente podría reflejar una falta de datos recientes y específicos para esta especie.

El estudio concluye que, si bien los factores de corrección estándar en el código brasileño proporcionan una base útil, no capturan perfectamente el comportamiento de la madera de caixeta cuando está húmeda. El código tiende a ser conservador, prediciendo una mayor pérdida de resistencia de la que realmente ocurre en el laboratorio. Esto sugiere que, para esta especie específica, los ingenieros podrían poder utilizar la madera de manera más eficiente de lo que permiten las reglas actuales, siempre que tengan acceso a mejores datos. Sin embargo, los autores advierten cuidadosamente que sus resultados provienen de un solo lote de madera de una ubicación específica. Enfatizan que estos hallazgos no deben aplicarse inmediatamente a todos los árboles de caixeta en todas partes. En su lugar, su trabajo sirve como un llamado a la acción para expandir la base de datos de resultados experimentales para las especies tropicales nativas. Al reunir más datos de diferentes orígenes y lotes de madera, la comunidad científica puede refinar estas reglas, asegurando que el uso de la madera tropical en la construcción sea tanto seguro como optimizado para su verdadero potencial.