Propiedades Físico-Mecánicas de Gmelina arborea Roxb. y Tectona grandis Linn.

Proveniente de Plantaciones Experimentales del Valle del Sacta – Cochabamba

• Resumen
• Marco teórico
• Metodología
• Resultados
• Conclusiones
• Recomendaciones
• Referencias bibliográficas

Resumen

El presente trabajo de investigación se realizó con madera proveniente de plantaciones experimentales de melina (Gmelina arborea Roxb.), de 15 años de edad; y teca (Tectona grandis Linn. F.) de 8 años de edad, ubicadas en los predios del fundo universitario "Valle de Sacta".

El objetivo general es determinar las principales propiedades físicas y mecánicas de estas especies, con el fin de contar con información básica de estas maderas.

La metodología empleada para alcanzar los objetivos propuestos está fundamentada en las normas ASTM (American Society for Testing and Materials), lo cual permitirá realizar comparaciones con otros estudios realizados en diferentes países y regiones.

Los resultados obtenidos se pueden observar en el cuadro a continuación:

En términos generales, se pude concluir que la madera de melina, de quince años de edad, proveniente de plantaciones experimentales del Valle de Sacta, tiene propiedades físico-mecánicas similares a ligeramente superiores a las reportadas por otros autores en diferentes países, lo cual permite inferir que a esta madera se le pueden dar los mismos usos que los señalados en la revisión bibliográfica.

Por su parte, la madera de teca de ocho años de edad, presenta propiedades físico-mecánicas ligeramente inferiores a las reportadas por otros autores, esto indica que a esta madera no se le podrían dar los mismos usos que los señalados en la revisión bibliográfica.

ABSTRACT

 This experimental work was made with lumber from an experimental forest plantations at the "Valle de Sacta" , which belong to the UMSS. The "gmelina" (Gmelina arborea Roxb.) were 15 yearse old at the cutting, and the "teak" (Tectona grandis Linn. F.) were 8 years old.

The main objective was to find the most important physical and mechanical properties of the species in order to have the basic information for these woods.

The employed methodology used to reach the proposed objectives is based on the ASTM (American Society for Testing and Materials) standards, so that the output data could be compared with other studies made somewhere else.

In the chart that is below, are summarized the most important findings:

It can be concluded that the fifteen years old gmelina wood, which came frome experimental plantations from "Valle de Sacta", do have physical-mechanical properties that are like or a bit superior to those previously reported by other authors in several countries, which allows us to infer that this wood could be used in the manners reported in the the bibliographical reports.

On the other hand, teak wood eight years old, does have phyusical-mechanical properties that are some how lower to those reported by other authors, which means that this wood could not be used in the ways that are reported in other papers.

1.1. Introducción

La Melina (Gmelina arborea Roxb.) y la Teca (Tectona grandis Linn.F.) son especies forestales maderables poco conocidas en Bolivia, siendo introducidas en muy poca cantidad principalmente para la realización de ensayos de adaptabilidad, a pesar que estas especies tienen un gran éxito en la reforestación comercial en la región tropical de América desde hace aproximadamente 15 años.

En los últimos años, en Bolivia se han establecido algunas parcelas experimentales de estas especies, las cuales han demostrado una buena adaptación al medio y se presentan como especies de interés para la realización de plantaciones forestales comerciales en la región del subtrópico del país en general, y de Cochabamba en particular.

La región subtropical de Cochabamba, conocida comúnmente como "Chapare" ha sufrido una importante pérdida de su superficie original de bosques primarios, debido principalmente al cultivo de la hoja de coca, a la producción agrícola de sustento y a la explotación indiscriminada de los recursos forestales, por lo que es de mucho interés realizar prácticas de plantaciones forestales con especies de rápido crecimiento y buen valor comercial, para satisfacer las necesidades inmediatas de la población existente en la zona.

1.2. Justificación

La obtención de la información básica de estas especies, permitirá conocer las características de estas maderas plantadas con turnos de rotación muy cortos.

Otro aporte importante de la información obtenida del presente documento es que servirá como una herramienta para la formulación de políticas relacionadas con las futuras actividades de reforestación en esta zona del país y para la recuperación de tierras degradadas.

1.3. Objetivos

1.3.1. Objetivo general

Determinar las propiedades físico-mecánicas de las maderas de melina (Gmelina arborea Roxb.) y teca (Tectona grandis Linn.F.) provenientes de plantaciones experimentales ubicadas en el Valle del Sacta.

1.3.2. Objetivos específicos

– Determinar las siguientes propiedades físicas de las maderas de melina y teca:

• Contenido de humedad.
• Densidad al 12% de contenido de humedad.
• Densidad anhidra.
• Peso específico básico.
• Contracción volumétrica total y al 12% de contenido de humedad.
• Contracción radial, tangencial y longitudinal total y al 12% de contenido de humedad.
• Relación de contracción tangencial y radial (T/R) total y al 12% de contenido de humedad.
• Punto de Saturación de las Fibras (PSF).

– Determinar las propiedades mecánicas al 12% de contenido de humedad de las maderas de melina y teca:

– Resistencia a la flexión Estática.

– Resistencia a la compresión paralela al grano.

– Resistencia a la compresión perpendicular al grano.

– Dureza axial y lateral.

– Resistencia al corte paralelo a las fibras (cizallaje) tangencial y radial.

– Resistencia a la extracción de clavos en las caras axial, radial y tangencial.

– Clasificar los resultados en base a tablas existentes para una fácil interpretación de estos.

• Comparar los resultados obtenidos con los resultados presentados por diferentes autores para estas especies.

2. MARCO TEORICO (para ver esta sección seleccionar "Bajar trabajo" del menú superior)

3. METODOLOGIA

Los ensayos realizados para alcanzar los objetivos propuestos están fundamentados en metodologías reconocidas a nivel mundial, como son las normas American Society for Testing and Materials "ASTM", Committee D-7 on Wood (Sociedad Americana para Muestreo y Materiales, Comité D-7 en maderas).

3.1. Procedencia del Material Experimental

La madera utilizada para la obtención de muestras y probetas de ensayo procede de las plantaciones experimentales del Valle del Sacta, pertenecientes a la Escuela de Ciencias Forestales de la Universidad Mayor de San Simón.

Se seleccionaron cinco árboles de cada especie. Los criterios de selección de estos fueron: presentar características fitosanitarias buenas, es decir, son árboles sanos; tener el tronco recto, lo más cilíndricos posible; y ser representativos de la plantación forestal tanto en altura como en diámetro.

Las trozas obtenidas de cada árbol fueron aserradas con la ayuda de un aserradero portátil de cinta. Las tablas obtenidas fueron clasificadas y numeradas, para posteriormente ser transportadas hasta los predios de la Escuela de Ciencias Forestales en la ciudad de Cochabamba.

3.1.1. Características de la zona de estudio

El fundo universitario "Valle del Sacta" se encuentra en la quinta sección municipal de la Provincia José Carrasco del departamento de Cochabamba. Geográficamente, está limitado por los paralelos 17º31’30’’ y 17º07’30’’ de latitud sur, y los meridianos 64º47’10’’ y 64º31’05’ de longitud oeste; encajonado entre los ríos Sacta e Isarsama – Zabala, con elevaciones desde los 195 a los 250 msnm. (Macías, 1993).

Según Montesinos, 1999; la precipitación promedio en la estación meteorológica de Ivirgarzama (distante a 11 km del predio) es de 3179 mm/año con una máxima anual de 4549 mm y una mínima anual de 2183 mm. Las lluvias se concentran principalmente en los meses de octubre a marzo. La temperatura promedio anual es de 23 ºC.

3.1.2. Plantación experimental de melina

La plantación de melina fue realizada en el año 1988, destinando 1 ha. a una plantación tradicional con espaciamiento de 3 metros entre árboles y 5 metros entre hileras; en la superficie restante de 0,3 ha se estableció una cortina rompevientos de 2 hileras, a un distanciamiento de 3 x 3 metros entre plantas. De esta última se extrajo el material experimental para los diferentes ensayos. No se realizaron prácticas silviculturales en esta cortina rompeviento (Quezada, 2003).

El origen de estos árboles es de semilla traída de plantaciones agroforestales de Cartago, Costa Rica. Al momento del estudio, estos árboles tenían 15 años de edad (Quezada, 2003). 

3.1.3. Plantación experimental de teca

La plantación de teca se realizó de manera gradual. La primer parcela, de 2500 metros cuadrados de superficie fue plantada en octubre del año 1995, con plantines procedentes de semilla traída de Costa Rica; esta parcela comenzó con 200 árboles a un distanciamiento de 3 metros entre árboles y 5 metros entre hileras. Se realizaron podas de formación a los 2 y 6 años después del establecimiento y se realizan limpiezas anuales de la vegetación arbustiva. Posteriormente, en febrero de 1997, se establecieron dos parcelas de 2500 metros cuadrados cada una; el distanciamiento también fue de 3 x 5 metros, con la diferencia de que la semilla utilizada para producir los plantines procedió de Honduras.

La última parcela se estableció en enero de 1998, y tiene características similares a las anteriormente expuestas (Vargas, 2003)

El año 2002 se realizó un raleo de árboles de mala forma, donde se eliminaron 10 individuos. El material experimental para los diferentes ensayos proviene de la primera parcela, es decir, de los plantines procedentes de semilla traída de Costa Rica y de 8 años de edad al momento del estudio. 

Figura 6. Plantación de Tectona grandis L.F.

Fuente: H. Quezada, 2003 

3.2. Obtención y Preparación del Material Experimental

Debido a que la madera es un material biológico, sus propiedades mecánicas están sujetas a considerables variaciones naturales. Así, los resultados de los ensayos de propiedades mecánicas de las diferentes especies dependen en gran parte de cómo los árboles son procesados como material de ensayo. Sin embargo, alcanzar una verdadera probabilidad mediante el muestreo de árboles para determinar sus propiedades mecánicas puede ser una tarea extremadamente compleja y costosa debido a las características geográficas y condiciones topográficas en las cuales la especie arbórea se desarrolla. En algunas instancias, el muestreo por probabilidad directa puede ser impráctico, surgiendo así la necesidad de procedimientos de muestreo alternativos (ASTM, 1999).

Para la obtención y preparación de un material experimental adecuado, es decir, madera libre de defectos con las cuales se deben realizar los diferentes ensayos, se aplicarán los procedimientos preescritos en la norma ASTM- D 5536-99 "Standard Practice for Sampling Forest Trees for Determination of Clear Wood Properties" (Prácticas estándares para muestrear árboles forestales para determinar propiedades en madera libre de defectos).

3.2.1. Porcentaje de duramen y albura

Se debe calcular la cantidad aproximada de duramen existente en cada uno de los troncos de los cuales se extraerán las probetas para los diferentes ensayos (ASTM, 1994). Este cálculo se efectuará mediante una relación entre el volumen total y el volumen de duramen utilizando las fórmulas siguientes:

Volumen (m3) = 0.7854 * Largo* ( Diámetro mayor + Diámetro menor)2

2

Volumen albura= Volumen total – volumen duramen

Volumen albura * 100

% albura = Volumen total

% duramen = 100 – % albura 

3.2.2. Numeración y codificación de las probetas

Para mantener un adecuado registro de las probetas con las que se está realizando el ensayo, es conveniente realizar una codificación de las probetas, de una manera clara y sencilla que nos permita ubicar una determinada probeta en cualquier momento del ensayo.

El código debe ser escrito de forma clara y suficientemente grande, preferiblemente con lápiz indeleble para evitar que se borre, en uno de los costados de cada probeta.

La codificación empleada se detalla a continuación: 

3.2.2.1. Codificación probetas para ensayos físicos

Esta codificación tiene tres partes: la primera son dos letras, las cuales son las iniciales del género y especie del árbol a estudiar (GA = Gmelina arborea; TG = Tectona grandis); la segunda parte es un número correlativo, igual al número de árbol sujeto a estudio (en este trabajo se estudiaron cinco árboles, por lo cual el número es de 1 a 5); la tercera parte esta formada por una letra "P" que significa "Probeta" y un número correlativo igual al número de probeta por cada árbol estudiado (en este caso se tomaron cinco probetas por árbol, por lo que el número será de 1 a 5). 

Ejemplo:

GA 2 P4

Siendo:

GA = Gmelina arbórea

2 = árbol Nº 2

P4 = Probeta Nº 4

3.2.2.1. Codificación probetas para ensayos mecánicos

Esta codificación también tiene tres partes: la primera son dos letras, las cuales son las iniciales del género y especie del árbol a estudiar (GA = Gmelina arborea; TG = Tectona grandis); la segunda parte es un número correlativo, igual al número de árbol sujeto a estudio (en este trabajo se estudiaron cinco árboles, por lo cual el número es de 1 a 5); la tercera parte esta formada por dos o más letras que significan el tipo de ensayo a realizar en esa probeta (FE = Flexión estática; COMPA = Compresión paralela; CPE = Compresión perpendicular; D = Dureza; EXCLA = Extracción de clavos; CPA = Corte paralelo a las fibras en sentido tangencial; CPAR = Corte paralelo a las fibras en sentido radial).

Ejemplo:

TG 4 CPE

Siendo:

TG = Tectona grandis

0. = árbol Nº 4

CPE = Compresión perpendicular a las fibras

3.3. Ensayos de Propiedades Físicas

Esta etapa del estudio contempla la determinación de las siguientes propiedades físicas: Densidad; contenido de humedad; peso específico; contracciones volumétrica; contracción tangencial, contracción radial y la relación de contracción tangencial a radial para dos condiciones de la madera: de verde a anhidra o seca al horno, y de verde a un contenido de humedad de aproximadamente 12%. Los ensayos se ejecutarán de acuerdo a especificaciones de las normas ASTM: D-143-94 "Standard Test Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber" (Métodos estándares para muestreo de pequeños especimenes de madera libres de defectos), D-2395-93 "Standard Test Methods For Specific Gravity of Wood and Wood-Base Materials" (Métodos estándares para determinación de gravedad específica en madera y materiales en base a madera), y D-4442-92 "Standard Test Methods For Direct Moisure Content Measurement of Wood and Wood-Base Materials" (Métodos estándares para determinación directa de contenido de humedad en madera y materiales en base a madera).

Para determinar estas propiedades se deben preparar de entre cinco a diez probetas libres de defectos de por lo menos cinco árboles diferentes (25 a 50 probetas en total), según disponibilidad de material, con las dimensiones estipuladas en la norma ASTM D 143-94, es decir, 2,5 cm x 2,5 cm x 10 cm. Estas cantidades de probetas son para cada condición y especie a evaluar.

Figura 8. Probeta para ensayo de propiedades físicas

Dado que los árboles que Melina han sido tumbados varias semanas antes de realizar los ensayos, las probetas deben ser sumergidas durante cuatro semanas con el fin de que adquieran la suficiente cantidad de agua para asegurar que su contenido de humedad esté sobre un 30% (mayor que el punto de saturación de las fibras).

De cada una de las probetas se debe determinar su peso, volumen y dimensiones en tres condiciones: estado verde, al 12% de contenido de humedad y, estado anhidro o seco al horno (0% de contenido de humedad). Para lo cual se utilizará una balanza digital con una precisión de 0.01 gramos; un calibrador con una precisión de 0.01 mm y un horno eléctrico.

Las fórmulas y relaciones utilizadas para el cálculo de los valores de las distintas propiedades físicas fueron:

3.3.1. Contenido de humedad

Es el peso del agua contenida en la madera con la relación del peso anhidro de la misma, expresado en porcentaje. Se expresa como (ASTM 1992):

PESO húmedo – PESO seco

CONTENIDO DE HUMEDAD (CH) = ———————————— * 100 (%)

PESO seco

3.3.2. Densidad

Es la relación entre el peso de la madera y su volumen a un determinado contenido de humedad. La densidad está en función del contenido de humedad presente en la madera, al momento del ensayo.

Se calcula mediante la fórmula (Serrano, et al. 2002):

PESO (x humedad)

DENSIDAD (x humedad) = —————————————– (g/cm3)

VOLUMEN (x humedad)

Se debe calcular la densidad de la madera en estado verde, en estado anhidro y al 12% de contenido de humedad.

3.3.3. Peso específico

Es la relación del peso seco al horno (anhidro) de una muestra, respecto al volumen a un determinado contenido de humedad, el resultado es dividido entre la densidad del agua (1 g/cm3), por lo que el resultado es un número adimensional.

Se calcula mediante la siguiente fórmula (Serrano, et al. 2002):

PESO seco

PESO ESPECIFICO básico = ——————————– / densidad agua

VOLUMEN húmedo

PESO seco

PESO ESPECIFICO al 12% C.H. = —————————— ——- / densidad agua

VOLUMEN al 12% de C.H.

Siendo:

C.H. = Contenido de humedad

3.3.4. Contracción volumétrica, tangencial y radial

Es la disminución del volumen o dimensiones de la madera debido a la pérdida de humedad. La madera se contrae, dimensionalmente, en tres sentidos: longitudinal, tangencial y radialmente. La contracción volumétrica y dimensional son calculadas mediante las siguientes fórmulas (Serrano, et al. 2002):

Volumen inicial – Volumen final

CONTRACCIÓN VOLUMETRICA = ——————————————- x 100 (%)

Volumen inicial

DIMENSIÓN inicial – DIMENSION final

CONTRACCION DIMENSIONAL = —————————————————– * 100 (%)

DIMENSION inicial

Siendo:

Dimensional = tangencial, radial y longitudinal 

3.3.5. Relación de contracción radial y tangencial

Es la relación del porcentaje de contracción radial entre el porcentaje de la contracción radial, y se obtiene mediante:

Se calcula mediante la fórmula (Serrano, et al. 2002):

CONTRACCIÓN TANGENCIAL (%)

RELACION T/R = —————————————————–

CONTRACCIÓN RADIAL (%)

Se debe calcular la relación T/R de la madera de estado verde a anhidro y de estado verde a 12% de contenido de humedad.

3.3.6. Punto de saturación de las fibras

El Punto de Saturación de las Fibras de la madera (PSF) es el contenido de humedad alcanzado cuando todas las fibras están completamente hinchadas (saturadas con el agua coloidal), pero sin que exista ningún agua líquida o libre en la estructura capilar.

Se calcula mediante la fórmula (Serrano, et al. 2002):

Ct * CHsa

PSF = ———————— (%)

Ct – Csa

Siendo:

CT = Coeficiente de contracción volumétrica total (de verde a seco al

horno), %.

CSA = Coeficiente de contracción hasta seco al aire (de verde a seco al

aire), %.

CHSA = Contenido de humedad seco al aire, %.

3.4. Propiedades mecánicas

Los ensayos a realizar estarán referidos a: Flexión estática; Compresión paralela a la fibra; Compresión Perpendicular a la fibra; Dureza axial (extremos) y lateral (lados); Cizallaje paralelo al grano; y Extracción de clavos en las caras transversal, radial y tangencial.

Todos los ensayos se realizarán siguiendo las especificaciones de la norma ASTM D-143-94 "Standard Methods of Testing Small Clear Specimens of Timber" (Métodos estandarizados para el muestreo de pequeños especimenes de manera libre de defectos).

Para estos ensayos se debe utilizar una prensa universal con una capacidad de hasta 20.000 kg. Para el ensayo de flexión y compresión se necesita de un deflectómetro para obtener los datos necesarios para el cálculo del módulo de elasticidad y ruptura.

Al momento del ensayo, se deben determinar de cada una de las probetas, su peso y dimensiones, y luego de ensayadas se deben introducir en un horno para determinar su contenido de humedad. Para realizar estas mediciones se precisa de una balanza analítica con precisión de 0.01 gramos, un calibrador con una precisión de 0.01 milímetros y de un horno eléctrico.

3.4.1. Flexión estática

Para realizar los ensayos de flexión estática se usaron probetas de 2,5 x 2,5 x 41,0 cm (método secundario norma D-143-99) a la cual se le debe aplicar una carga central, con una luz entre apoyos de 36 cm y una velocidad de avance constante de 1,3 mm/min. Se muestrearon 5 probetas al 12 % de contenido de humedad por cada especie.

Figura 9. Probeta para ensayo de flexión estática

Con los datos obtenidos se debe calcular: esfuerzo máximo en flexión o módulo de ruptura (MOR), módulo de elasticidad (MOE), el contenido de humedad, densidad y peso específico para cada probeta.

Los cálculos se realizarán mediante las siguientes fórmulas (Arroyo, 1983):

1.5 x Carga máxima x Luz entre apoyos

Módulo de ruptura (MOR) = —————————————————— (kg/cm2)

Ancho x (Altura)2

0,25 x (Luz entre apoyos)3 x C.L.P.

Módulo de Elasticidad (MOE) = ———————————————– (kg/cm2)

Ancho x (Altura)3 x D.L.P.

1,5 x C.L.P. x Luz ente apoyos

Esfuerzo en el Límite Prop. (ELP) = ————————————————- (kg/cm2)

Ancho x (Altura)2

Siendo: C.L.P. = Carga en el límite proporcional (kg)

D.L.P. = Deformación en el límite proporcional (cm)

E.L.P. = Esfuerzo en el Límite proporcional (kg/cm2)

3.4.2. Compresión paralela al grano

Para estos ensayos se prepararon probetas de 5,0 x 5,0 cm de sección transversal y 20, 0 cm de longitud. Se aplica la carga a través de la sección transversal a una velocidad uniforme de 0,3 mm/min. El número de probetas muestreadas fue de 5 por cada especie.

Antes del ensayo se mide el ancho, espesor y largo de cada probeta y se pesa para calcular la densidad de cada muestra climatizada. Es muy importante que las probetas tengan cortes transversales a escuadra con las caras longitudinales.

Figura 10. Probeta para ensayo de compresión paralela al grano

Con los datos conseguidos se debe calcular el esfuerzo en el límite proporcional (ELP.), esfuerzo máximo en compresión (MOR), contenido de humedad, densidad y peso específico de cada una de las muestras ensayadas.

Los cálculos se realizarán mediante las siguientes fórmulas (Serrano, et al. 2002):

Carga en el Límite Proporcional

ELP = ———————————————- (kg/cm2)

Ancho x Espesor

Carga Máxima

Módulo de Ruptura = ———————– (kg/cm2)

Ancho x Espesor

ELP x L

Módulo de Elasticidad = ———————————— (kg/cm2)

Ancho x Espesor x d

Siendo: E.L.P. = Esfuerzo en el Límite proporcional (kg/cm2)

L = Distancia sobre la cual se midió la deformación (cm)

d = deformación hasta el límite proporcional (cm)

3.4.3. Compresión perpendicular al grano

Para estos ensayos se deben preparar probetas de 5,0 x 5,0 cm de sección transversal y 15, 0 cm de longitud. Se aplica la carga a través de la sección radial a una velocidad uniforme de 0,3 mm/min mediante una placa metálica de 5,0 x 5,0 cm. El número de probetas debe ser de al menos cinco, según disponibilidad de materia prima.

Figura 11. Probeta para ensayo de compresión perpendicular al grano

Con los datos conseguidos se debe calcular el esfuerzo en el límite proporcional (ELP), contenido de humedad, densidad y peso específico de cada una de las muestras ensayadas. 

Carga en el Límite Proporcional

E.L.P. = ——————————————– (kg/cm2)

Ancho x Espesor

3.4.4. Dureza janka

El tamaño de las muestras para determinar la dureza janka es de 5,0 x 5,0 x 15,0 cm. La dureza es la carga (fuerza) necesaria para introducir, hasta la mitad, una esfera de metal de 11,3 mm de diámetro a una velocidad de avance de 6 mm/min. Se realiza la penetración por cada cara (dureza axial) y una en cada lado (dureza lateral). En este caso se reporta el valor de la carga, en kilogramos, para dureza axial (2 valores) y para dureza lateral (4 valores), para cada una de las probetas, así como el contenido de humedad y la densidad.

Se trabajará con el promedio obtenido de las dos lecturas de dureza axial y de las cuatro lecturas de promedio lateral. No se disgregarán los resultados en dureza radial y tangencial, debido a que los cortes de las probetas no están perfectamente orientados, debido a que provienen de troncos jóvenes, lo que ocasiona una notoria curvatura de los anillos de crecimiento.

Figura 12. Probeta para ensayo de dureza Janka

3.4.5. Esfuerzo cortante paralelo al grano (cizallaje)

Para llevar a cabo la determinación de la resistencia al esfuerzo de corte paralelo al grano se deben cortar las muestras tal como se muestran en la figura 13. La "Grada" o rebaje de la probeta es para la sujeción en la máquina de ensayos, el área de aplicación del esfuerzo queda de 2,0 x 5,0 cm. La velocidad de la carga debe ser de 0.6 mm/min.

Figura 13. Probetas para ensayo de esfuerzo cortante paralelo

al grano (cizallaje)

En este caso se debe diferenciar entre cizallaje sobre la cara radial y sobre la cara tangencial. El número de probetas, de acuerdo a la disponibilidad de material, debe ser igual o mayor de cinco muestras.

Con los datos obtenidos se debe calcular el esfuerzo máximo y el contenido de humedad para cada una de las probetas ensayadas.

Carga máxima

ESFUERZO MÁXIMO = ———————- (kg/cm2)

Ancho x Espesor

3.4.6. Extracción de clavos

El tamaño de las muestras para determinar la resistencia a la extracción de clavos es de 5,0 x 5,0 x 15,0 cm. Los clavos a utilizar deben estar completamente limpios al momento del ensayo. Deben ser de 2,5 mm de diámetro, y deben ser introducidos 32 milímetros dentro la probeta de ensayo.

Dos clavos deben ser introducidos en la cara tangencial, dos en la cara radial y uno en cada extremo de la pieza.

Este ensayo se debe realizar con una carga continua, a una velocidad de 2 milímetros por minuto.

Figura 14. Probeta para ensayo de extracción de clavos 

4. RESULTADOS (para ver esta sección seleccionar "Bajar trabajo" del menú superior)

5. CONCLUSIONES

5.1. Conclusiones para la madera de Melina

Esta especie fue difícil de secar. A pesar que se utilizó un horno eléctrico y que se aumentó la temperatura gradualmente desde 30 hasta 105ºC para evitar colapsos, deformaciones y otros tipos de daños en las probetas, el tiempo de secado de éstas duró más de 30 días hasta alcanzar el 0% de contenido de humedad. Tiempo excesivamente largo si tenemos en cuenta las pequeñas dimensiones de las probetas.

También fue difícil la estabilización al 12% de contenido de humedad, debido a que esta madera tiene características anatómicas que dificultan el proceso de secado, como por ejemplo: desarrollo de tílides en zonas de transición de albura-duramen, punteaduras de las fibras muy pequeñas y presencia de madera de tensión.

El porcentaje de madera de albura es muy elevado, puesto que supera el 50% del volumen total de las trozas, debido a que la madera provino de plantaciones jóvenes. Este aspecto tiene que ser tomado en cuenta según el tipo de uso final que se le de a la madera aserrada, pues sus propiedades de durabilidad pueden ser influenciadas negativamente en caso que se use la madera a la intemperie o en contacto directo con agentes como agua, suelo, insectos, etc.

Con base en los resultados de las propiedades físicas podemos inferir que la madera de Melina manifiesta un valor de peso específico básico que la clasifica como una madera liviana; tiene una densidad baja seca al aire; y se la puede categorizar como liviana según su densidad anhidra.

Respecto a las propiedades relacionadas con cambios dimensionales de la madera, los valores obtenidos para las contracciones volumétrica, tangencial y radial, clasifican a la madera de melina, como dimensionalmente inestable; con una contracción volumétrica total baja y normal muy baja; con un punto de saturación de las fibras normal.

A pesar que los valores relacionados con la densidad de esta madera presentan coeficientes de variación inferiores al 3%, los valores relacionados con los cambios dimensionales y estabilidad presentan coeficientes de variación de entre 7 a 22%, esto puede ser debido a la presencia de madera de reacción y madera juvenil en las probetas estudiadas. Esto también afecta los resultados relacionados con el punto de saturación de las fibras.

Según las propiedades mecánicas estudiadas, se puede clasificar a esta madera de la siguiente manera: Su módulo de ruptura (MOR) en flexión estática es bajo; el módulo de elasticidad (MOE) en flexión estática es muy bajo; tiene una mediana resistencia a la compresión paralela al grano; tiene una mediana resistencia a la compresión perpendicular al grano; según su dureza se la puede denominar como muy blanda; el esfuerzo al cizallamiento es mediano, tanto en sentido tangencial como radial; y tienen una resistencia a la extracción de clavos mediana en los sentidos axial y tangencial, y alta en el sentido radial.

Los valores calculados de coeficiente de variación para los diferentes ensayos de propiedades mecánicas varían desde el 7 hasta el 29%, lo cual es debido a la preparación propia de cada una de las probetas, de sus dimensiones al momento de realizar los ensayos, de la correcta orientación de los cortes y de la cantidad de madera de albura y de reacción en cada una de las piezas.

Otro aspecto importante de recordar es que puede existir diferencia de densidad según la ubicación de la pieza de madera con respecto al tronco, es decir, a la altura y a la distancia de la médula, así como al porcentaje de albura y duramen de cada probeta.

Los valores de densidad y peso específico básico determinados para la madera de Melina se ubican dentro de los rangos reportados en la literatura con madera de otras procedencias y edades (ver tabla 15 del capítulo 2). Los valores de contracción volumétrica y coeficiente de estabilidad son superiores a los reportados en la literatura. En el caso de las propiedades mecánicas estudiadas, los resultados son similares o superiores a los de la literatura citada (ver tabla 16 del capítulo 2).

Por otro lado, la madera evaluada en condición seca al aire, alrededor de un 12 % de contenido de humedad, tiene un peso promedio de 0,465 g/cm3; dato de interés para actividades como transporte y manipulación de la materia prima.

Las posibles causas de las diferencias manifestadas en estas propiedades, podrían ser: presencia de madera juvenil, madera de reacción (tensión) e inclinación del grano y condiciones y razón de secado artificial de la madera. Téngase presente que la madera a partir de la cual se obtuvieron las probetas (muestras) para los ensayos del presente trabajo había sido secada por medio de un proceso de secado artificial previamente.

En términos generales, se pude concluir que la madera de melina, de quince años de edad, proveniente de plantaciones experimentales del Valle de Sacta, tiene propiedades físico-mecánicas similares a ligeramente superiores a las reportadas por otros autores en diferentes países, lo cual permite inferir que a esta madera se le pueden dar los mismos usos que los señalados en la revisión bibliográfica.

Cabe resaltar que los resultados obtenidos, aplican principalmente para la zona "Valle del Sacta" del Subtrópico de Cochabamba y las condiciones de plantación y manejo anteriormente estudiadas, ya que la cantidad de duramen y las propiedades físicas se puede ver afectada por otras condiciones, como clima, suelo y manejo.

Tabla 43

Categorización de la madera de Gmelina arborea

5.2. Conclusiones para la madera de Teca

Esta especie fue particularmente difícil de secar. A pesar que se utilizó un horno eléctrico y que se aumentó la temperatura gradualmente desde 30 hasta 110 ºC para evitar colapsos, deformaciones y otros tipos de daños en las probetas, el tiempo de secado de éstas duró más de 30 días hasta alcanzar el 0% de contenido de humedad. Tiempo excesivamente largo si tenemos en cuenta las pequeñas dimensiones de cada pieza de madera.

También fue difícil la estabilización al 12% de contenido de humedad, debido a que esta madera tiene características anatómicas que dificultan el proceso de secado, como ser el aceite presente en la madera.

El porcentaje de madera de albura es muy elevado, puesto que supera el 70% del volumen total de las trozas. Este aspecto tiene que ser tomado en cuenta según el tipo de uso final que se le de a la madera aserrada, pues sus propiedades de durabilidad pueden ser influenciadas negativamente en caso que se use la madera a la intemperie o en contacto directo con agentes como agua, suelo, insectos, etc. Además que el color de la albura es claramente diferente que el del duramen.

Con base en los resultados de las propiedades físicas podemos inferir que la madera de Teca manifiesta un valor de peso específico básico que la clasifica como una madera moderadamente pesada; tiene una densidad mediana seca al aire; y se la puede categorizar como medianamente pesada según su densidad anhidra.

Un aspecto importante de recordar es que la madera de teca tiene la característica de depositar sustancias extrañas (extractivos) en la pared celular, lo que hace, entre otras consecuencias, abultar esa pared y por lo tanto manifiesta un peso específico mayor que el que verdaderamente presenta el tejido leñoso propiamente dicho. Esto podría ser una causa de diferencias en el valor de peso específico entre árboles. También es importante señalar que puede existir diferencia de densidad según la ubicación de la pieza de madera con respecto al tronco, es decir, a la altura y a la distancia de la médula.

Respecto a las propiedades relacionadas con cambios dimensionales de la madera, los valores obtenidos para las contracciones volumétrica, tangencial y radial, así como para el punto de saturación de las fibras clasifican a la madera de teca, como una madera moderadamente estable dimensionalmente tanto al 0% como al 12% de contenido de humedad; con una contracción volumétrica total muy baja; y con un punto de saturación de las fibras normal a bajo.

A pesar que los valores relacionados con la densidad de esta madera presentan coeficientes de variación inferiores al 5%, los valores relacionados con los cambios dimensionales y estabilidad presentan coeficientes de variación de entre 6 a 17%, esto puede ser debido a la presencia de madera de juvenil y de albura en las probetas estudiadas. Esto también afecta los resultados relacionados con el punto de saturación de las fibras.

Según las propiedades mecánicas estudiadas, se puede clasificar a esta madera de la siguiente manera: Su módulo de ruptura (MOR) en flexión estática es mediano; el módulo de elasticidad en flexión estática es bajo; tiene una alta resistencia a la compresión paralela al grano; tiene una mediana resistencia a la compresión perpendicular al grano; según su dureza se la puede denominar como muy blanda en los sentidos tangencial y radial, y como blanda en el sentido axial; el esfuerzo al cizallamiento es alto en los sentido radial y tangencial; y tienen una resistencia a la extracción de clavos alta en los tres sentidos.

Los valores calculados de coeficiente de variación para los diferentes ensayos de propiedades mecánicas varían desde el 5 hasta el 26%, lo cual es debido a la preparación propia de cada una de las probetas, de sus dimensiones al momento de realizar los ensayos, de la correcta orientación de los cortes y de la cantidad de madera de albura en cada una de las piezas.

Otro aspecto importante de recordar es que puede existir diferencia de densidad según la ubicación de la pieza de madera con respecto al tronco, es decir, a la altura y a la distancia de la médula, así como al porcentaje de albura y duramen de cada probeta.

Los valores de densidad al 12% de contenido de humedad y peso específico básico determinados para la madera de Teca son inferiores a los reportados en la literatura con madera de otras procedencias y edades, mientras que el valor obtenido para la densidad verde es superior, debido a un mayor contenido de humedad (ver tabla 18 del capítulo 2). Los valores de contracción volumétrica y coeficiente de estabilidad son similares o algo superiores a los reportados en la literatura. En el caso de las propiedades mecánicas estudiadas, los resultados comparados con la literatura citada son similares para la flexión estática y para la compresión paralela; y menores para la dureza y cizallaje (ver tabla 19 del capítulo 2).

Las posibles causas de las diferencias manifestadas en estas propiedades, podrían ser: presencia de madera juvenil, cantidad de madera de albura en cada probeta y condiciones y razón de secado artificial de la madera. Téngase presente que la madera a partir de la cual se obtuvieron las probetas (muestras) para los ensayos del presente trabajo había sido secada por medio de un proceso de secado artificial previamente.

La cantidad de contracción es generalmente proporcional a la cantidad de agua removida de la madera. Esto sugiere que las especies de mayor peso específico contraerán más por cada uno por ciento de cambio en humedad que aquellas de bajo peso específico. Esto es generalmente cierto; en algunos casos, la relación entre la masa de agua removida y la contracción resultante no es tan directa. Esto se debe, principalmente a la presencia de extractivos en la madera, los cuales tienden a bajar el Punto de Saturación de las Fibras y abultar la pared celular.

En términos generales, se pude concluir que la madera de teca, de ocho años de edad, proveniente de plantaciones experimentales del Valle de Sacta, presenta propiedades físico-mecánica ligeramente inferiores a las reportadas por otros autores en diferentes países, lo cual permite inferir que a esta madera no se le podrían dar los mismos usos que los señalados en la revisión bibliográfica; siendo conveniente hacer más estudios cuando la plantación tenga más de 12 años de edad.

Cabe resaltar que los resultados obtenidos, aplican principalmente para la zona "Valle del Sacta" del Subtrópico de Cochabamba y las condiciones de plantación y manejo anteriormente estudiadas, ya que la cantidad de duramen y las propiedades físicas se puede ver afectada por otras condiciones, como clima, suelo y manejo.

Tabla 44

Categorización de la madera de Tectona grandis

6. Recomendaciones

Debido a que ambas especies son introducidas y se cuenta con poca información local sobre sus características, se harán las recomendaciones para ambas especies al mismo tiempo.

• Establecer plantaciones experimentales en diferentes ecoregiones del subtrópico de Cochabamba y del país.
• Realizar estudios para determinar con precisión la influencia entre el espaciamientos de plantaciones y las características tecnológicas de estas maderas.
• Realizar estudios para determinar las proporciones de madera juvenil y adulta en estas especies.
• Efectuar investigaciones sobre tratamientos silviculturales que permitan minimizar la regeneración natural en el caso de la melina y de incrementarla en el caso de la teca.
• Realizar estudios de trabajabilidad, durabilidad natural, durabilidad inducida, programas de secado en hornos convencionales, extracción de aceite de teca y otros; procurando hacer comparaciones entre edades y procedencias de los árboles de cada una de estas especies
• Estudios de aceptabilidad en el mercado nacional e internacional, así como análisis financiero de plantaciones comerciales.
• Hacer comparaciones con estudios similares efectuados en otras partes del país, para validar la información y realizar recomendaciones generales y específicas tomando criterios tales como clima, suelo, manejo, etc.
• Diseñar e implementar una base de datos de las plantaciones existentes de estas especies, con el fin de contar con la información necesaria con respecto a procedencia, variedad, tratamientos silviculturales y otras variables.
• En el caso de la teca, se observa una proporción muy pequeña de duramen por troza, por lo cual es aconsejable realizar estudios a partir de los 12 años desde la plantación, coincidiendo con un primer raleo, del cual podrían obtenerse trozas con valor comercial.

7. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS (para ver esta sección seleccionar "Bajar trabajo" del menú superior)

Jaime G. Rivero Moreno

Cochabamba – Bolivia

2004