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Revista Yvyraretá. Núm. 33 (2025)
ARTÍCULO CIENTÍFICO
Extracción de tornillo en madera de
Pinus taeda a dos densidades
diferentes
Screw extraction in Pinus taeda wood at two different
densities
DOI: https://doi.org/10.36995/j.yvyrareta.2025.001.es
Recibido 28 de diciembre 2023; aceptado 10 de julio 2024
Adelaida Bragañolo
1
, Marcelo Marek
1
, Paola Acevedo
1
, Marina
Hornus
2
1
Universidad Nacional de Misiones. Facultad de Ciencias Forestales. Laboratorio Tecnología de la
Madera. Eldorado. Misiones. Argentina.
adelaida.braganolo@fcf.unam.edu.ar
2
Universidad Nacional de Misiones – CONICET. Instituto de Materiales de Misiones (IMAM). Posadas.
Misiones.
Resumen
El presente trabajo evalúa la resistencia a la extracción de tornillo en madera de Pinus
Taeda a baja y alta densidad. La madera de baja densidad corresponde en este trabajo a
probetas de densidades entre 0,37 y 0,43 g cm
-3
mientras que las de alta densidad 0,51 a
0,60 g cm
-3
. Las dimensiones de las probetas fueron de 50x50x150 mm y se ensayaron las
resistencias en los tres planos de corte de la madera; el axial, radial y tangencial. La
resistencia a la extracción de tornillo fue más alta y uniforme en el plano tangencial tanto
a baja como alta densidad siendo de 1993 y 2863 N respectivamente.
Palabras clave: Estructuras de madera; Uniones; Vigas.
Abstract
The present work evaluates the screw extraction resistance of taeda pine wood at two
different densities, considered in this work as low and high density wood. The low density
wood were specimens with densities between 0.37 and 0.43 g cm
-3
while the high density
wood had values between 0.51 and 0.60 g cm
-3
. The specimens had dimensions of
50x50x150 mm and were tested for strength from transverse, radial and tangential
sections of wood specimens. The screw pull-out strength was higher and more uniform
in the tangential plane at both low and high density being 1993 and 2863 N respectively.
Keywoords: Timber structures; Joints; Beams.
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Introducción
La madera ha sido desde tiempos muy lejanos uno de los materiales más
versátiles con respecto a sus posibles usos, uno de ellos es en la construcción, que se
ha ido incrementando a lo largo de los años (Hänsel et al., 2022), actualmente existe
una tendencia global a la construcción de edificios cada vez más altos de madera,
como por ejemplo la Torre experimental Peñuelas que es uno de los proyectos más
icónicos de la construcción en madera en Chile, la misma consta de seis pisos. La
versatilidad de la madera permite la construcción de casas y edificios en combinación
con concreto, en Canadá por ejemplo más del 90% de las edificaciones residenciales
son estructuras livianas de madera (Pan et al., 2021). También se llevan adelante
construcción hibridas con concreto y madera en edificios altos, pero estos se ven
limitados por regulaciones de seguridad debido a que la madera es un material
combustible, por ejemplo, en Canadá las estructuras de madera son limitadas hasta
6 pisos por el código nacional de edificación de Canadá. Para lograr estas edificaciones
en madera, las uniones entre las piezas son puntos críticos (Ottenhaus et al., 2021),
también la industria de muebles usa uniones para construir la esquina de estos (Feirer,
1972). Entre las uniones más comunes usadas en estructuras, están las mecánicas que
utilizan elementos cómo clavos o tornillos para soportar los esfuerzos producidos por
las cargas sobre los miembros (Arriaga et al., 2011). El esfuerzo de extracción se
presenta cuando los elementos son sometidos a cargas aplicadas a la estructura, y
experimentan fuerzas axiales de tracción que buscan extraer el conector de la
perforación en la madera. Con frecuencia se necesitan datos sobre la resistencia de
dichos elementos de fijación para fines de diseño y comparativos.
Este trabajo buscó determinar si la densidad es un factor importante en la
resistencia a la extracción de tornillo en madera de Pino taeda. Para ello se clasificó
las probetas en dos grupos; baja y alta densidad. Además, otro enfoque fue establecer
si la resistencia a la extracción de tornillo se ve afectada según el plano de corte de la
madera; axial, radial y tangencial.
Materiales y métodos
Se utilizaron listones de madera aserrada seca comercial de Pinus taeda de
dos aserraderos de la zona norte de la provincia de Misiones. Las maderas de un
aserradero tenían densidad más baja que las del otro (Figura 1). La selección de las
muestras de distintas densidades se realizó de manera que pudiera compararse entre
madera de alta y baja densidad, seleccionando de un aserradero madera con mayor
proporción de leño tardío y menor proporción de leño temprano; madera más densa
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y de otro aserradero madera con menor proporción de leño tardío y mayor proporción
de leño temprano; madera menos densa. A las maderas que tenían densidad más
baja se la llamó en este trabajo madera de baja densidad, mientras que a las otras de
alta densidad. Para cada grupo de densidad se confeccionaron 10 probetas
rectangulares de 50 mm x 50 mm x 150 mm. En total se ensayaron 20 probetas.
Figura 1. A la izquierda madera pino de baja densidad a la
derecha madera pino de alta densidad
Figure 1. On the left low-density pine wood on the right high-
density pine Wood
Para determinar la densidad se pesaron cada muestra en una balanza de 0,1 g
de precisión y se calculó el volumen midiendo el ancho, largo y alto con un calibre.
El contenido de humedad se determinó según la Norma IRAM Nº 9532 por el
método de secado en estufa. Las muestras luego de ser ensayadas se pesaron y se
colocaron en estufa a 103 ±2°C por 36 h hasta peso constante donde se volvió a pesar
para conocer el peso anhidro.

 


Donde:
CH% = contenido de humedad en %
Ph = Peso húmedo en gramos
Po = Peso anhidro o seco en gramos
Como el contenido de humedad influye en la resistencia a la extracción de
tornillo, la determinación de la humedad de cada probeta fue necesaria para corregir
los valores obtenidos de la resistencia y ajustarlo a valores corregidos de humedad al
12% según la ecuación propuesta (ABNT, 1997):



󰇛 󰇜

donde:
r12 = Resistencia al 12% de contenido de humedad
rU% = Valor de la resistencia encontrado al contenido de humedad ensayado
U% = Humedad de la probeta al momento del ensayo
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La prueba de la extracción del tornillo se realizó mediante la norma ASTM D-
1761. Los tornillos fueron colocados en ángulo recto. Por cada cara axial se obtuvo un
valor, mientras que por cada cara radial y tangencial se obtuvieron 2 valores donde los
tornillos estaban colocados siempre a una distancia mayor de 50 mm entre ellos como
puede verse en la figura 2. Por cada ensayo se registró la carga máxima de extracción.
Los puntos donde se colocaron los tornillos eran de al menos 20 mm del borde y 38
mm del extremo para evitar rajadura en la madera.
Figura 2. Probeta en su plano radial con dos tornillos separados más de 50 mm
entre ellos
Figure 2. Test specimen in its radial plane with two screws more than 50 mm apart
Los tornillos se retiraron a una velocidad uniforme de 2 mm/min por medio de
un accesorio de la máquina universal con una capacidad máxima de 30 Tn y se
registró la carga máxima en N (figura 3)
Figura 3. Probeta siendo ensayada en la máquina universal
Figure 3. Test specimen being tested on the universal machine
Los tornillos tenían 4 mm de espesor por 50 mm de largo, y eran colocados 32
mm de profundidad en la muestra con la ayuda de una perforadora.
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Análisis estadístico
La resistencia a la extracción de tornillos se analizó para cada plano de corte;
axial, tangencial y radial. Se hizo un análisis descriptivo a baja y alta densidad. Luego
se evaluó el requisito de homocedasticidad en cada grupo para poder hacer un
análisis de ANOVA.
El análisis estadístico se realizó en InfoStad.
Resultados y discusión
Los valores de densidad de maderas consideradas de baja densidad oscilaron
entre 0,37 y 0,43 g cm
-3
mientras que las consideradas de alta densidad lo hicieron en
valores 0 ,51 a 0,60 g cm
-3
. El contenido de humedad en las maderas de baja densidad
fue mayor que el de alta, en promedio el de baja fue 14,8 % y el de alta densidad 11,8 %.
A cada uno de los resultados de la resistencia a la extracción de tornillo se corrigió por
el contenido de humedad de esa probeta con la ecuación mencionada anteriormente
para unificar los valores al 12% de contenido de humedad. Con estos valores se elaboró
la tabla 1 que contiene una medida descriptiva de la resistencia a la extracción por
plano y densidad.
En la tabla 1 se observa que en el plano tangencial tanto a baja como alta
densidad la resistencia a la extracción de tornillo es mayor. En el plano tangencial a
alta densidad se obtuvo un valor máximo de 4466 N.
Tabla 1. Medida descriptiva de la resistencia a la extracción de tornillo a alta y baja densidad
en los planos axial, radial y tangencial
Table 1. Descriptive measurement of screw pull-out resistance at high and low density in the
axial, radial and tangential planes
Baja densidad
Alta densidad
Resistencia a la extracción (N) en los diferentes planos
Axial
Tangencial
Axial
Radial
Tangencial
Promedio
1427
1993
1568
2355
2863
Mínimo
365
688
471
395
1811
Máximo
2131
3096
4046
4594
4466
Desvió estándar
505
674
953
1164
763
Coeficiente
variación
35
34
61
49
27
En la tabla 1. se observa que los coeficientes de variación son altos tanto a baja
como alta densidad siendo mayor en los planos axiales y radiales
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Esta variación tan alta en el plano axial y radial podría deberse a que el tornillo
puede ser introducido en el leño tardío o temprano y entre ellos hay diferentes
densidades y la resistencia queda en función de la densidad de ese leño y no de la
propiedad promedio de la probeta (Jovanovski et al., 2005) como puede observarse
en la figura 4.
Figura 4. Anillos de leño temprano y tardío. A la izquierda corte axial y la derecha corte
radial
Figure 4. Rings of early and late wood. On the left upper part of the axial plane, on the right
upper part radial plane
En cambio, al colocar el tornillo en el plano tangencial, este atraviesa los leños
tardíos y tempranos varias veces como puede observarse en la figura 5 siendo más
representativo la densidad general de la probeta.
Figura 5. Al atravesar el tornillo en el plano tangencial atraviesa los leños temprano
y tardío
Figure 5. As the screw passes through the tangential plane it passes through the
early and late logs
Antes del análisis de varianza, se realizó la prueba de Levene para determinar
si las muestras cumplían con el criterio de homocedasticidad, requisito necesario para
el análisis de varianza. Los p-valores para los planos axial, radial y tangencial fueron
0,005, 0,002 y 0,099 respectivamente. Puede verse que el p-valor del plano tangencial
es mayor que el nivel de significancia de 0,05 lo que indica que la varianza de las
muestras en el grupo de alta densidad es similar al de baja densidad y se cumple con
el criterio de homocedasticidad necesario para aplicar la prueba de ANOVA. Este
criterio no se cumple para el plano axial ni radial por lo que se aplicó una prueba de
ANOVA solo al plano tangencial. El resultado del ANOVA en el plano tangencial arrojo
un p-valor = 6,9.10
-7
lo que indica claramente que hay una diferencia significativa al
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nivel de confianza del 95% en la resistencia a la extracción del tornillo en el plano
tangencial a baja y alta densidad, siendo un valor mucho más elevado a alta densidad
donde este fue en promedio 2863 N mientras que el de baja densidad este fue en
promedio 1993 N.
Hay mucha bibliografía que sugiere que la densidad es un factor determinante
en la fuerza para la extracción de tornillo (Reinhard, 2019; Kiliç et al., 2006), y que las
caras en las que se colocan los tornillos arrojan valores diferentes. Aytekin (2008)
trabajo con maderas de Quercus robur L., Pinus pinea L., Pinus nigra Arnold con
densidades de 0,696 g cm
-3
, 0,534 g cm
-3
, 0,496 g cm
-3
y obtuvo valores de resistencia
a la extracción de 650 N, 582N y 518 N respectivamente indicando que la densidad
tiene una relación positiva con la resistencia a la extracción de tornillo.
Conclusión
La resistencia promedio a la extracción de tornillos fue mayor en la madera de
Pinus taeda de alta densidad comparada con la de baja densidad. En los planos axial
y radial, la variabilidad en los valores impidió realizar un análisis de varianza. Sin
embargo, en el plano tangencial, las muestras mostraron variaciones similares,
permitiendo un ANOVA que reveló una resistencia significativamente mayor en la
madera de alta densidad.
Estos resultados proporcionan información valiosa para la industria de la
construcción en madera. La conclusión de que la madera de alta densidad ofrece una
mayor resistencia a la extracción de tornillos en el plano tangencial es crucial para
diseñadores y constructores. Este conocimiento puede influir en la selección de
materiales y en el diseño de uniones en estructuras de madera, mejorando así la
seguridad y la durabilidad de las edificaciones. Además, los datos obtenidos pueden
ayudar a formular recomendaciones específicas para la construcción de edificios más
altos y robustos con madera, optimizando el uso de este material en combinación con
otros, como el concreto.
Referencias bibliográficas
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IRAM Nº 9532. Maderas. Método de determinación de la humedad.
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