Estado de arte de los estudios de la densidad de la madera

Resumen

Este trabajo tiene como objetivo el análisis del estado del arte de la variación de comportamiento de la densidad de la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari y su importancia en la toma de decisiones para el manejo y aprovechamiento de la madera de esta misma especie en Cuba. A partir del método documental se hace un estudio minucioso de la temática abordada, pudiéndose identificar la inexistencia de un cuerpo teórico completo que presente las experiencias de las investigaciones en este campo pues las mismas se han restringido a la obtención solamente de ensayos de variación inter árbol y no la intra árbol, así como la modelación de esta variable lo cual facilitaría la clasificación de la calidad de la madera, y la obtención de una materia prima más homogénea.

Palabras claves: Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari, calidad de la madera, variabilidad, densidad, inter e intra árbol.

STATE OF ART STUDIES FOR THE DENSITY OF WOOD Pinus caribaea Morelet var caribaea Barrett and Golfari.

ABTRACT

This study aims to analyze the state of the art of behavior change in wood density of Pinus caribaea Morelet var. Barrett and Golfari caribaea and its importance in making decisions for the management and use of the wood of this species in Cuba. From the documentary method is a thorough study of the topics addressed, may identify the lack of a comprehensive theoretical body to present the experiences of the research in this field as these have been restricted to obtaining only test inter tree variation and not the intra tree, and the modeling of this variable would facilitate the classification of timber quality, and obtaining a more homogeneous material.

Keywords: Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret and Golfari, wood quality, variability, density, inter-and intra-tree.

Introducción

Entre las propiedades físicas de la madera, es aceptado que la densidad de la madera sea el atributo universalmente utilizado como índice de calidad de madera en relación a sus usos.

La densidad o relación de masa a volumen se suele expresar, en la madera, en gramos por centímetro cúbico (g/cm3), cuyo valor coincide con la densidad relativa respecto a la del agua y que, lógicamente, carece de unidades. También se puede expresar la densidad en kilogramos por metro cúbico (kg/m3), cuyo valor es 1000 veces el anterior.

Como todo cuerpo poroso, en la madera es importante distinguir entre densidad real y densidad aparente. En la primera, solo se considera como volumen el ocupado por las paredes de las células. Se trata, por tanto, de la densidad de la pared celular. Su valor es del orden de 1,5 prácticamente igual para todas las especies.

La densidad es una propiedad de gran trascendencia en los estudios relacionados con la tecnología de la madera, al guardar una relación muy directa (coeficientes de determinación superiores en muchos casos al 80 %) con muchas propiedades físicas y mecánicas de la madera tales como: resistencia mecánica, rigidez, conductividad térmica y el calor específico (Panshin y De Zeeuw, 1980; Barnett y Jeronimidis, 2003).

Ibáñez (1975) encontró que la densidad media de la especie Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari en la albura a 14 % de humedad, seca al aire es de, 0,83 g/cm3 y de 0,80 g/cm3 seca al horno, lo que corresponde a una clasificación, mediana. La densidad del duramen es de 0,65 g/cm3 al 12% de humedad y de 0,62 g/cm3seca al horno, lo que se califica de mediana a moderadamente baja.

El conocimiento de la variabilidad en las propiedades físicas y mecánicas es de fundamental importancia para los usuarios de la madera al momento de evaluar sus múltiples aplicaciones, para los silvicultores, al momento de fijar los objetivos de producción en términos de manejo. Esto permite optimizar ciertas propiedades de acuerdo a las necesidades industriales y disminuir, dentro de ciertos límites, la heterogeneidad de la materia prima.

Por lo tanto este trabajo tiene como objetivo el análisis del estado del arte de la variación de comportamiento de la densidad de la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari y su importancia en la toma de decisiones para el manejo y aprovechamiento de la madera de esta misma especie en Cuba.

Materiales y métodos

El método científico empleado es el documental el cual se basó en el análisis de toda la documentación provenientes de varias fuentes como materiales gráficos y de entrevistas a especialistas en la temática. Dentro de este método el tipo de investigación realizada es la Argumentativa (exploratoria).

Este escrito trata de mostrar cómo se comporta el estado del arte de los estduios sobre la densidad de la madera de la especie Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari en Cuba siendo una de las propiedades físicas de la madera más usada para determinar la calidad de la misma pues universalmente es utilizado como índice de calidad de madera en relación a sus usos. Discute las consecuencias y soluciones alternas, y llega a una conclusión crítica después de evaluar las investigaciones realizadas.

Análisis y discusión de los resultados

Generalidades sobre la densidad de la madera.

La densidad real de las maderas es sensiblemente igual para todas las especies, aproximadamente 1,56. La densidad aparente varía no solo de unas especies a otras, sino aún en la misma con el grado de humedad y sitio del árbol, y para hallar la densidad media de un árbol hay que sacar probetas de varios sitios.

Como la densidad aparente comprende el volumen de los huecos y los macizos, cuanto mayor sea la densidad aparente de una madera, mayor será la superficie de sus elementos resistentes y menor el de sus poros.

Las maderas se clasifican por su densidad aparente en:

-          Pesadas, si es mayor de 0.8.

-          Ligeras, si esta comprendida entre 0.5 y 0.7.

-          Muy ligeras, las menores de 0.5.

Variación intra e inter-árbol de la densidad de la madera.

Existen dos fuentes de variación respecto a las propiedades y características de la madera en el árbol, las variaciones entre árboles y las variaciones dentro del árbol (Igartúa et al., 2003). Las primeras vienen explicadas por causas genéticas, factores ecológicos y gestión de la masa, mientras que las segundas están condicionadas por su situación dentro del árbol, específicamente relacionadas con variabilidad dentro del incremento de crecimiento, variabilidad producida de médula a corteza (variabilidad radial) y variabilidad ocasionada por diferentes niveles de altura (variabilidad longitudinal) (Savva et al., 2002; Espinoza, 2004).

Dado que la mayoría de las veces la variación dentro del árbol es superior a la variación entre árboles, es imprescindible cuantificarla y definirla de la forma más precisa posible puesto que va a condicionar los productos que se pueden obtener al utilizar este recurso (Zobel y Van Buijtenen, 1989; García et al., 2003).

La mayor variación de la densidad ocurre dentro de un anillo de crecimiento anual, debido a que el género Pinus presenta diferencias muy acentuadas entre el leño de primavera y el leño de otoño. Por ejemplo Ifju (1969) citado por Zobel y Van Buijtenen (1989), demostró que la densidad del leño de primavera de los Pinos del Sur de Estados Unidos varía entre 0,30 a 0,46 g/cm³, mientras que la densidad del leño de otoño varía entre 0,65 a 0,92 g/cm³.

Según Kollmann (1951) en el caso específico de los pinos, las variaciones de la densidad básica pueden ser tan acentuadas en el sentido longitudinal del árbol al punto de sugerir diferentes clases de calidad sólo en función de la posición del origen de las piezas.

Específicamente en la especie Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari (Burley et al., 1973; González et al., 2007; González, 2008) demostraron que la densidad de la madera disminuye en su sección transversal del centro hacia la periferia, y explicaron que estos altos valores en el centro del árbol se deben a elevados contenidos de resina y a la presencia de células cortas comprimidas.

Por su parte Cown (1981) para la especie Pinus caribaea Morelet var. hondurensis Barret y Golfari encontró que la densidad de la madera se incrementa generalmente del centro a la periferia del árbol a medida que aumenta la edad. A su vez presenta un patrón de variación continua en relación con el diámetro en la sección transversal, y descendente en la sección longitudinal del árbol; esto indica que en el centro del árbol hay más madera juvenil que la que se encuentra en la periferia de los árboles. Menciona que también se debe a que las traqueidas tienden a crecer y engrosar más sus paredes a medida que la edad aumenta y el ritmo de crecimiento se reduce.

Otro factor muy importante que determina la variación de la densidad de la madera en una misma pieza, es la humedad. La madera tiene, en su interior, una cierta cantidad de agua que depende de las condiciones en que se encuentre. La variación de esta cantidad de agua lleva consigo la variación de su peso y para valores inferiores al Punto de Saturación de la Fibra, también el volumen. La densidad de una madera aumenta con la humedad (salvo algunas de densidades muy altas, por debajo del Punto de Saturación de la Fibra).

Conocer estas variaciones permite realizar muestreos de madera que sean representativos del valor del árbol completo y reconocer diferencias de calidad en relación a los usos (Álvarez, 2005).

Modelación de la densidad de la madera.

La determinación de la variación de la madera tanto inter como intra árboles ha favorecido la existencia de múltiples modelos para varias especies (Igartúa y Monteoliva, 2009).

Así se reportan los modelos construidos por Mazet et al., (1990) en Francia para Pinus sylvestris, Abies alba y Picea abies, los cuales tuvieron como variables predictoras la altitud y la región; los modelos establecidos para Picea abies por Chantre y Gouma (1993) para 8 clones en función del sitio; el modelo de Hervé (1999) en función de la parcela y el de Pape (1999) en función del estatus social; el modelo construido para Quercus petraea por Bergés et al., (2000) quienes refieren que la densidad se encuentra determinada por el sitio de (1-3%) y el estatus social (18-23%).

Diversos estudios realizados en relación con la densidad del rodal y calidad de estación, han permitido generar modelos de densidad de la madera a partir de las tasas de crecimiento, evaluadas por el ancho de los anillos con gran precisión, sin la necesidad de realizar pruebas de laboratorio (Lindström, 1996; Dutilleul et al., 1998).

Owoundi (1992) estableció un modelo de densidad para Quercus petraea y Quercus robur en función de la edad, y la longitud del anillo de crecimiento sobre la distancia media de la probeta. Para estas mismas especies Zhang et al., (1993) determinaron un modelo teniendo como variables predictoras: la edad, el inverso de la longitud del anillo de crecimiento y la edad sobre la distancia media de la probeta; los modelos encontrados para diferentes especies de Quercus por (Degron y Nepveu, 1996; Lei et al., 1996; Bergés, 1998; Guilley et al., 1999; Guilley y Nepveu, 1999; Le Moguédec, 2000 y Guilley, 2000) quienes utilizan las variables anteriores con transformaciones.

Los modelos de variación radial y axial de la densidad establecidos para (Eucalyptus, Populus y Salix) por (Wilkes, 1988; Downes et al., 1997; Igartúa et al., 2002, 2003).

Pereyra y Gelid (2002) obtuvieron para Pinus taeda en la provincia de Misiones, al norte de Corrientes en Argentina tres modelos en función de la altura y los anillos de crecimientos.

Comportamiento de la densidad de la madera de la especie Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari en Cuba

La densidad es un determinante crítico de la calidad de la madera. La densidad del pino caribeño (Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari) varía con la proporción de la albura y el duramen, la cantidad de madera juvenil hacia el centro y el porcentaje de resina depositado en la madera. La densidad del pino caribeño varía de menos de 0.3 g por cm3 hasta más de 1.0 g por cm3 en material saturado de resina. Las densidades de la madera en la madera comercial varían por lo común entre 0.4 y 0.7 g por cm3. En la madera no saturada de resina, la tasa de crecimiento es el mayor determinante de la densidad de la madera. La variedad hondurensis, de más rápido crecimiento, tiende a tener una densidad menor que las variedades caribaea y bahamensis. Las densidades de la madera en los árboles de plantacion de rápido crecimiento en Brasil varían entre 0.35 y 0.41 g por cm3. La procedencia, el sitio y las diferencias genéticas entre árboles pueden tener una influencia considerable sobre la densidad de la madera.

La madera de pino caribeño creciendo naturalmente con un contenido de humedad del 12 por ciento tuvo una resistencia al doblado de 1,173 kg por cm2, un módulo de elasticidad de 157,000 kg por cm2 y una fortaleza máxima a la compresión de 600 kg por cm2. Estos valores son comparables a aquellos para el pino P. elliottii Engelm. El análisis de la madera de baja densidad, cultivada en plantaciones, deberá resultar en valores considerablemente menores.

La madera de plantación de baja densidad se seca al aire rápidamente con un mínimo de degradación, pero el material más denso se seca al aire con lentitud, con una tendencia a rajaduras en los extremos en las piezas gruesas. La contracción durante el proceso de verde a secado al horno es de 6.3 por ciento radial, 7.8 por ciento tangencial y 12.9 por ciento volumétrica. Muy pocas dificultades se han encontrado durante el trabajo a máquina de la madera del pino caribeño, a excepción de la madera saturada de resina, que puede engomar el filo de la maquinaria y las superficies para el deslize de la misma. La mayor uniformidad en los anillos anuales y un número reducido de nudos resultan en una mayor facilidad en el trabajo con esta especie que con muchas coníferas templadas tales como P. elliottii.

Usos de la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari en Cuba

Existen muchos usos para la madera del pino caribeño. La madera aserrada es el uso principal; sin embargo, debido a la alta variabilidad en la fortaleza, la madera aserrada deberá ser usada sólo en la construcción de productos sujetos a bajo estrés, tales como forros, tabiques, soleras, pisos y cubiertas. Entre otros usos se encuentran cajas, postes tratados, pértigas, muebles de bajo costo y juguetes. Debido a su durabilidad, la madera saturada de resina es aún popular para cubiertas de botes. Se reporta que la madera es adecuada para triplex, tablas de lana de madera y cemento y tableros de partículas. La viruta del pino caribeño es adecuada para varios tipos de pulpa, excepto para pulpa de disolución. La viruta para pulpa se produce en Brasil, Australia, la América Central y Africa a partir de esta especie. La madera del pino caribeño se usa de manera limitada para leña, leña para iniciar fuegos, para la manufactura de carbón y como antorchas. El valor calórico en bruto (en base al peso en seco) del pino caribeño es de 20,298 kJ/kg. El valor variaría de manera considerable de acuerdo al contenido de resina de la madera muestreada. En la América Central se extrae resina de esta especie. El tanino extraído de la corteza del pino caribeño es adecuado para curtir cuero. Se obtiene un rendimiento del 5 al 10 por ciento de la corteza molida, dependiendo del método de extracción usado, la edad del árbol y la variedad de la especie. La corteza de árboles de 15 años de edad en varios países alrededor de la Cuenca del Caribe varió entre el 13 y 21 por ciento del volumen al d.a.p. El pino caribeño se usa como una especie ornamental y como un árbol de sombra, en parte debido a su rápido crecimiento y a su adaptabilidad en la mayoría de tipos de suelo, incluyendo el relleno parcialmente compactado.

Conclusiones

La inexistencia en Cuba de un cuerpo teórico completo que presente las experiencias de las investigaciones en este campo pues las mismas se han restringido a la obtención solamente de ensayos de variación inter árbol y no a la variación que es experimentada entre árboles, así como a la modelación de esta variable, por otro lado la obtención de modelos vinculados al crecimiento aportaría herramientas para la toma de decisiones los cuales favorecería establecer los objetivos de producción en términos de manejo lo cual facilitaría la clasificación de la calidad de la madera, y la obtención de una materia prima más homogénea.

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Autor:

Kety  Vodounou Germonne

Héctor Barrero Medel

Daniel Álvarez Lazo

Universidad de Pinar del Río, Cuba.