principales caracterÍsticas fÍsico … 2008... · aportarían un mayor valor agregado a la...

Revista Forestal Baracoa vol. 27 (1), junio 2008

53

PRINCIPALES CARACTERÍSTICASFÍSICO-MECÁNICAS DE LA MADERADE CINCO ESPECIES FORESTALES

DE LA CORDILLERA DE GUANIGUANICO

DR. PEDRO PABLO HENRY TORRIENTE, ING. ALBERTO IBÁÑEZ DRAKE, TÉC. MARÍA

VICTORIA GARCÍA MANTILLA E ING. CELIA GUERRA RIVERO

Instituto de Investigaciones Forestales. Calle 174 no. 1723e/ 17B y 17C, reparto Siboney, Playa, La Habana

RESUMENEn el estudio se relacionan las característicasfísico-mecánicas de cinco especies de la Cor-dillera de Guaniguanico: Quercus cubana A. Rich(encino), Pithecellobium obovale (A. Rich.) Wr.(encinillo), Zantthoxylum elephantiasisMacfd. (bayúa), Poepiggia procera Presl. (ten-gue), Pithecellobium arboreum (L.) Urb. (sabicúmoruro). Los resultados de la investigación arro-jan que la densidad normal es superior en to-dos los casos a 0,600 g/cm3, siendo los valo-res más altos para el encino, con 0,871 g/cm3.Las relaciones de contracción son favorables(1,6), excepto para el tengue, que es ligeramen-te superior con 1,8. Este resultado supone cam-bios dimensionales bastante uniformes duranteel secado.En cuanto a las propiedades mecánicas se in-dican mayores valores para el encino y el sabicúmoruro, siendo en la flexión estática más de1000 kgf/cm2, y la dureza tangencial como ra-dial por encima de 1000 kg. La compresión,tanto paralela como perpendicular, tuvieronvalores máximos de 870 kgf/cm2 para la bayúay 363 kgf/cm2 para el encino.

Palabras claves: madera, propiedades físicas,propiedades mecánicas

ABSTRACTIn the study they are related the physical-mechanical characteristics of five species of themountain range of Guaniguanico: CubanQuercus A. Rich. (encino), Pithecellobiumobovale (A. Rich.) Wr. (encinillo), Zantthoxylumelephantiasis Macfd. (bayúa), Poepiggiaeminent person Presl. (tengue), Pithecellobiumarboreum (L.) Urb. (sabicú moruro). The resultsof the research throw that the normal densityis superior in all the cases 0,600 g/cm3, beingthe highest securities for the encino, with 0,871g/cm3. The contraction relationships are favo-rable (1,6) except for the tengue that is lightlysuperior with 1,8. This result supposes quiteuniform dimensional changes during the drying.In mechanical property, they are indicatedbigger securities for the encino and the sabicúmoruro, being in the static flexion more than1000 kgf/cm2 and the tangential hardness asradial above 1000 kg. The compression so muchparallel, as perpendicular they had maximumsecurities of 870 kgf/cm2 for the bayua and363 kgf/cm2 for the encino.

Key words: wood, physical property, mecha-nical property

Pedro P. Henry et al.

54

INTRODUCCIÓN

El bosque representa un valioso re-curso natural con un alto potencialeconómico. Dentro de él la maderaes uno de los más importantes y uti-lizados, a pesar de que su uso múlti-ple se hace cada vez mayor a partirde lo que significan y brindan susproductos forestales no maderables.

Independientemente de las maderasde uso constantes, aún existe un gru-po de especies poco conocidas, que deestudiarse con mayor profundidadaportarían un mayor valor agregadoa la economía forestal cubana.

La madera, como material heterogé-neo, puede variar sus propiedades fí-sico-mecánicas según las condicio-nes en que se desarrolle. Córdova(2001) señala que esto es debido afactores tales como sitio y condicio-nes de crecimiento, edad, altura, tazade crecimiento, ubicación respecto alradio del fuste, prácticas silvicul-turales y estado fitosanitario.

De ahí la importancia que tiene cono-cer el desarrollo de determinadas es-pecies en diferentes ecosistemas, parade este modo garantizar la satisfacciónde necesidades y mejorar la calidad devida de los pobladores que la habitan.En el presente trabajo se propone es-tudiar y profundizar en las caracterís-ticas físicas y mecánicas de cinco es-pecies maderables que se desarrollanen la Cordillera de Guaniguanico, enla provincia de Pinar del Río.

MATERIALES Y MÉTODOS

La madera para la realización deeste estudio se extrajo de la Cordi-

llera de Guaniguanico, en la provin-cia de Pinar del Río, dividida en Altu-ras de Pizarras y la Sierra del Rosa-rio y de los Órganos, con el puntoculminante en el Pan de Guajaibón,con 699 m de altura. De este macizose seleccionaron cinco especies, y decada una se obtuvieron cinco árbo-les, y se hizo un muestreo al azar. Apartir de la muestra obtenida, y con-siderando las normas utilizadas paralos diferentes ensayos, se elaboraronprobetas para realizar los estudios fí-sicos y mecánicos. Se estudiaron lasespecies siguientes: Quercus cubanaA. Rich. (encino), Pithecellobium obovale(A. Rich.) Wr. (encinillo), Zantthoxy-lum elephantiasis Macfd. (bayúa),Poepiggia procera Presl. (tengue)Pithecellobium arboreum (L.) Urb.(sabicú moruro). Unido a la muestrade madera se colectó el material bo-tánico y se envió al Instituto de In-vestigaciones Forestales. Este mate-rial fue debidamente identificado enel Instituto de Ecología y Sistemáti-ca de la Academia de Ciencias deCuba.

Para la determinación de la densi-dad se utilizaron probetas de 3 x 3 x10 cm en correspondencia con lanorma NC-43-37-87 «Determinaciónde la densidad. Método de ensayo».Fueron utilizadas un total de 10 paracada especie. Los valores respondena la densidad verde, normal, seca alhorno y básica. Las mediciones sehicieron con un micrómetro, y losvalores de peso con una balanzadigital Sartorius Multiplato de 0,1 gde precisión. El volumen se determi-nó por el método estereométrico. Es-tas probetas sirvieron también parala determinación de la contracción

Principales características físico-mecánicas...

55

volumétrica total según lo estableci-do por la norma DIN 52-184. En ladeterminación de las contraccionestransversales, tangenciales y radia-les se utilizaron 15 probetas por es-pecies con dimensiones de 30 x 30 x15 mm.

Las pruebas mecánicas se hicieronen la prensa universal Avery de 40 t.En caso de la flexión estática se uti-lizó una prensa de 1 t, y para la diná-mica un péndulo de 100 J.

Para el ensayo de dureza se empleóla metodología establecida por la nor-ma NC-43-31-87 «Determinación dela dureza estática Janka. Método deensayo». Se utilizaron 37 probetaspara las cinco especies: diez deencino, siete de encinillo, cinco debayúa, siete de tengue y ocho desabicú moruro.

Los ensayos de la compresión para-lela a las fibras se realizaron segúnla norma ISO 3787 con probetas de20 x 20 de sección transversal y 50 mmde longitud. En cuanto al ensayo decompresión perpendicular a las fi-bras, se utilizó la norma ISO 3132,cuyas dimensiones en la seccióntransversal y longitud coinciden conlas probetas de paralela. En el primercaso se determinó la resistencia ala rotura, y en el segundo la resis-tencia al límite proporcional de lasfibras. Para cada prueba se emplea-ron 54 probetas distribuidas de la si-guiente forma: 10 de encino, 12 deencinillo, 12 de bayúa, 10 de tenguey 10 de sabicú moruro.

En el ensayo flexión estática se de-terminó el módulo de ruptura con lanorma ISO 3133, donde se ensaya-

ron probetas de 2 x 2 cm de seccióntransversal y 30 de largo, de ellasocho de encino, diez de encinillo, docede bayúa, seis de tengue, nuevesabicú moruro. Para la flexión diná-mica o tenacidad se siguieron losrequisitos definidos por la norma NFB51-009, que utiliza probetas de lasmismas dimensiones. En total seensayaron ocho de encino, seis deencinillo, doce de bayúa, seis de ten-gue y nueve de sabicú moruro. Losresultados de cada una de las prue-bas mecánicas fueron referidos al12% de humedad a partir de los co-eficientes utilizados al respecto.

Para la densidad normal y la flexiónestática se hizo un análisis devarianza con un nivel de significa-ción de 0,05, con el paquete estadís-tico SPSS versión 11.5.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Los resultados de los ensayos físicos(Tabla 1) arrojan que la densidad nor-mal promedio para todas las especieses superior a 0,650 g/cm3. Los valo-res de los descriptivos fundamenta-les se pueden observar en la Tabla 3.La Fig. 1 muestra una gráfica delcomportamiento de cada una deellas, donde el valor más alto resultópara el encino, con 0,871 g/cm3, y elmás bajo para el encinillo, siguiendolos datos en todos los casos una dis-tribución normal. En la Tabla 4 elanálisis de varianza refleja que exis-ten diferencias estadísticamente sig-nificativas para las especies; mas lascomparaciones demuestran que noexisten entre el tengue y el encinillo(Tabla 5). Las relaciones de contrac-


56

ción se presentan en la Fig. 2, sien-do por lo general favorables con valorde 1,6; sin embargo, el tengue se ale-ja ligeramente llegando a 1,8. Este

resultado supone cambios dimensio-nales bastante uniformes durante elsecado, y por tanto poca posibilidadde grietas y alabeos.

Fig. 1. Densidad normal de la madera.

Fig. 2. Contracciones de la madera.


57

En cuanto a las propiedades mecá-nicas, se indican mayores valorespara el encino y el sabicú moruro,siendo la flexión estática más de1000 kgf/cm2, y la dureza, tantotangencial como radial superior a1000 kg de Janka. La compresiónparalela y perpendicular tuvieronvalores máximos de 870 kgf/cm2

para la bayúa, y 363 kgf/cm2 para elencino (Tabla 6 y Fig. 3).

En las Tablas 6, 7 y 8 se presenta laestadística descriptiva y un análisis devarianza para la flexión, indicando laexistencia de diferencias estadística-mente significativas para las especiesen general (Tabla 8). En las pruebas decomparación (Tabla 8) se aprecia noexistencias de diferencias para unaprobabilidad mayor de 0,05 entre el ten-gue y el encinillo, tengue y bayúa, ysabicú moruro y encino.

TABLA 1 Propiedades físicas de las especies estudiadas

Propiedades físicas

Quercus cubana A. Rich. (encino)

Pithecellobium obovale

(A. Rich.) Wr. (encinillo)

Zantthoxylum elephantiasis

Macfd. (bayúa)

Poepiggia procera Presl.

(tengue)

Pithecellobium arboreum (L.) Urb.

(sabicú oruro)

Densidad (g/cm3)

Verde 1,016 0,922 0,980 1,100 0,992

Normal 0,852 0,669 0,746 0,891 0,791

Seca al horno 0,805 0,621 0,692 0,821 0,743

Básica 0,718 0,566 0,601 0,729 0,665

Contracción (%)

Volumétrica total 12,800 9,650 15,600 12,560 11,770

Tangencial 7,900 5,710 9,800 8,800 6,611

Radial 4,800 3,370 6,500 4,800 4,125

T/R 1,640 1,690 1,500 1,800 1,603

Anisotropía absoluta 3,100 2,340 3,300 4,000 2,486

Coeficiente de contracción volumétrica

0,450 0,435 0,540 0,506 0,455

Punto de saturación de las fibras

27,000 22,500 17,100 24,800 26,000

Higroscopicidad 0,005 0,004 0,001 0,004 0,004


58


59

TABLA 6 Resultados de la estadística descriptiva para la flexión estática

Especie N Mínimo Máximo Media Desv. típ. CV Varianza

Encino 8 834,00 1746,00 1158,0000 304,54509 26,29 92747,714

Encinillo 8 490,00 1218,00 900,7500 245,12606 27,21 60086,786

Bayúa 8 611,00 1326,00 950,1250 246,32640 25,29 60676,696

Tengue 8 630,00 799,00 701,7500 69,28152 9,82 4799,929 Sabicú moruro 8 1104,00 1559,00 1312,8750 138,28897 10,53 19123,839


60

TABLA 7 Análisis de varianza para la flexión estática

Anova Suma

de cuadrados gl Media cuadrática F Sig.

Intergrupos 2174090,249 4 543522,562 11,627 0,000

Intragrupos 2056839,017 44 46746,341

Total 4230929,265 48

RESULTADOS DE LAS PROPIEDADESPOR ESPECIESQuercus cubana A. Rich. (encino)Características físicas. La madera delencino tiene una densidad normal de0,852 g/cm3, ligeramente inferior alo obtenido por Fors (1965) y Soler(2004), quienes indican un valor parala especie alrededor de los 1000 kg/m3.La densidad verde es de 1,016 g/cm3

con un contenido de humedad del42,8, y la básica de 0,718 g/cm3, por

lo que se clasifica como una maderapesada. Estos resultados son compa-rables a los obtenidos por Sotomayor(2002) para 20 especies de Quercus,cuyas densidades básicas se compor-taron entre 0, 560 y 0, 820 g/cm3.La contracción volumétrica total esmedia con 12,18%, y las contraccio-nes transversales son medianas con4,8 para la radial y 7,8 para latangencial. La relación tangencial-radial es de 1,64 normal, y el coefi-ciente de contracción volumétrica es

Fig. 3. Propiedades mecánicas de la madera.


61

de 0,45, clasificándose como media-namente nerviosa. La higroscopia esfuerte.

Características mecánicas. El resulta-do de las características mecánicasarroja que la compresión paralela alas fibras es alta, y la perpendicular esbaja, con valores de 666 y 333 kgf/cm2

respectivamente. Su flexión estáti-ca de 1152 kgf/cm2 y la dinámica de0,61 kgf/cm2 clasifican como media-na y medianamente resistente. Ladureza Janka, tanto radial comotangencial, es muy alta, llegando avalores que superan los 1200 kg. Fors(1965) la clasifica como una maderadura, pesada, resistente y durable.

La madera del encino, según sus ca-racterísticas, puede ser usada parala construcción en general, principal-mente en rollo, aspecto que reafir-ma lo apuntado por Fors (1965), alseñalar su empleo en horcones paracasas rústicas, traviesas, postes, etc.Puede ser empleado igualmente paramarcos de puertas y persianas, ade-más como madera estructural en di-ferentes construcciones.

Pithecellobium obovale (A. Rich.)Wr. (encinillo)Características físicas. Es una made-ra semipesada con una densidad nor-mal de 0,669 g/cm3, algo inferior a loseñalado por Fors (1965), que reportó820 kg/m3. Presenta una densidadverde de 0,922 g/cm3 y una básicade 0,566 g/cm3.

La contracción volumétrica total espequeña con 9,65%, e igualmente loson las transversales, tangencialesy radiales, con 5,71 y 3,37% respec-tivamente. La relación tangencial-

radial es normal, al igual que lahigroscopicidad. El coeficiente de con-tracción volumétrica es mediana-mente nerviosa, y el punto de satu-ración de las fibras es bajo, con 22,5.

Características mecánicas. La compre-sión paralela y perpendicular a lasfibras tienen valores bajos y mediosrespectivamente. Las flexiones está-tica y dinámica son pequeñas y pocoresistentes respectivamente. La du-reza es media tanto en sentido tan-gencial como radial. Fors (1965) se-ñala que por sus característicastecnológicas es fácil de trabajar: ma-dera veteada, con textura media, gra-no grueso, además de presentar unadurabilidad media.

Las características de esta maderala hacen útil para construccionesinteriores, sin soportes de pesos, ade-más de muebles como mesas, sillas,estantes, etc. Fors (1965) expone quepuede ser utilizada en traviesas, pos-tes, leña para combustibles, etc.

Zantthoxylum elephantiasisMacfd. (bayúa)Características físicas. La madera debayúa tiene una densidad normal de0,746 g/cm3, clasificándose comosemipesada. Esta densidad es similara los valores obtenidos por Fors (1965)de 380 y 900 kg/m3. La densidad ver-de de la especie es de 0,980 g/cm3, yla básica y seca al horno de 0,601 y0,692 g/cm3 respectivamente.

La madera presenta una contracciónvolumétrica total de 15,6%; sin em-bargo, el resultado de la relacióntangencial-radial indica una baja ten-dencia al atejado. El coeficiente decontracción volumétrica es de 0,54,


62

clasificándose como medianamentenerviosa, y la higroscopicidad es dé-bil con 0,0006. El punto de saturaciónde las fibras es bajo, con 17,1.

Características mecánicas. Es unamadera semipesada con una com-presión paralela a las fibras alta yuna perpendicular baja, reportandovalores de de 530 y 159 kgf/cm2. Laflexión estática y dinámica se clasi-fica como baja, siendo la última pocoresistente. La dureza, tanto radialcomo tangencial, es baja, con valo-res inferiores a los 350 kg de durezaJanka. Fors (1965) dice que es unaespecie difícil de trabajar, dura y re-sistente a los insectos, además dealcanzar un buen pulimento.

Los usos de la especie, atendiendo asus propiedades, indican que dada suestabilidad dimensional, el buen pu-limento y las vetas, debe ser utiliza-da en muebles, en mesas interioresy gavetas. Fors (1965) apunta sususos en traviesas, postes, escalerasy marcos de puertas y persianas.

Poepiggia procera Presl. (tengue)Características físicas. La madera deltengue se considera en sentido ge-neral pesada con una densidad nor-mal de 0,856 g/cm3. Este valor es algosuperior al reportado por Fors (1965),que obtuvo 825 kg/m3 para la espe-cie. La densidad verde, seca al hor-no y básica fueron de 1110; 0,821; y0,729 g/cm3 respectivamente.

Es una madera de contracción me-dia con un valor de 12,6%, siendotambién medios los valores transver-sales tangenciales y radiales con8,8% y 4,8% respectivamente. La re-lación tangencial-radial es de normal

a ligeramente alta, con 1,8, indican-do un cuidado medio cuando se secadespués de ser aserrada. El coefi-ciente de contracción volumétrica seclasifica como medianamente ner-viosa con 0,506, y la higroscopicidadse considera normal con 0,0042.

Características mecánicas. La madera,según los resultados en el ensayo dedureza, tanto tangencial como radial,se clasifica como alta y muy alta res-pectivamente, siendo una especiedura. Los valores de las compresio-nes paralelas y perpendiculares a lasfibras son de 712 y 272 kgf/cm2,clasificándose como alta y baja res-pectivamente. La flexión estática,con un valor de 1174 kgf/cm2, se cla-sifica como mediana. La flexión di-námica está en el grupo de las me-dianamente resistentes, con unvalor de (0,86 kgfm/cm2).

Los resultados de las propiedades in-dican usos en mangos de herramien-tas, traviesas y algunas construccio-nes rurales. Fors (1965) señala quepuede ser utilizada como decoradointerior, y la clasifica como una es-pecie no durable.

Pithecellobium arboreum (L.) Urb.(sabicú moruro)Características físicas. La madera deesta especie se considera pesada conuna densidad normal de 0,791 g/cm3.Este valor es algo inferior a lo repor-tado por Fors (1965), que ofrece unrango entre los 900 y 1000 kg/m3. Sudensidad verde, seca al horno y bási-ca tienen valores de 0,992; 0,743 y0,665 respectivamente. Esta últimaes muy similar a la obtenida porSotomayor (2002), de 650 kg/m3.


63

Se considera una especie de con-tracción media con 11,77%, sien-do los valores de las contraccionestransversales medios, la tangen-cial 6,6 y la radial 4,125. El coefi-ciente de anisotropía es de 1,6 nor-mal, y su anisotropía absoluta estambién baja. Tiene un coeficien-te de contracción volumétrica me-diano y la higroscopicidad es nor-mal. Estos resultados auguran unagran estabilidad dimensional du-rante el secado.

Características mecánicas. Esta made-ra, según Fors (1965), es de color par-do rojizo opaco, muy dura y pesada,de textura media y grano recto y du-rable. La dureza de esta especie esmuy alta, tanto radial comotangencial, superando los 1300 kg deJanka. Presenta una flexión estáti-ca mediana y una muy alta tenaci-dad, superando esta última los 1,35kgfm/cm2, por lo que se considerauna especie muy resistente. Lascompresiones paralelas y perpendi-culares a las fibras tienen valores de630 y 251 kgf/cm2, clasificándosecomo mediana y baja respectivamen-te. Los resultados de la especie sonen todos los casos superiores a los ob-tenidos por Sotomayor (2002).

Los resultados de esta especie la ha-cen apta para la carpintería en blan-co, específicamente marcos de puer-tas y persianas. Se recomienda, dadasu tenacidad, sea ampliamente uti-lizada en aplicaciones que exigenchoques, vagones, mangos de herra-mientas, traviesas de ferrocarril,paletas para puertos, etc. Fors (1965)considera que puede ser usada entraviesas y postes.

CONCLUSIONES

• Los resultados de las propiedadesfísicas reflejan que las maderasde este macizo tienen una densi-dad media y una relación tan-gencial-radial normal que infierepocas deformaciones durantes elsecado.

• Basado en las propiedades físicasy mecánicas de la madera, se pue-de señalar que las especies de estemacizo tienen diferentes usos, yque abarcan desde la carpinteríaen macizo hasta en blanco, y porlo tanto se pueden resolver los pro-blemas locales.

• Continuar realizando estudios conotras especies de los diferentesmacizos montañosos con el objeti-vo de ampliar la gama de especiesque han de utilizar para uso de lacomunidad.

BIBLIOGRAFÍAAMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS: «Paint,

Naval Store, Cellolose, Wax, Polish, Wood,Acoustical Materials», Sandwich and BuildingContrucction, Fire tests, Part 4, Philadelfia, 1955.

DEL RISCO, E.: Los bosques de Cuba. Su historia ycaracterísticas, Ed. Científico-Técnica, La Ha-bana, 1995.

FORS, J.: Maderas cubanas, Ed.. INRA, La Habana,1965.

GARCÍA, J. M. ; PEDRO P. HENRY; MARÍA V. MANTILLA:»Pérdida de humedad de la madera de cincoespecies de importancia económica del macizomontañoso Sagua-Nipe-Baracoa», IV SimposioInternacional sobre Manejo Sostenible de losRecursos Naturales, SINFOR 2006, La Habana.

IBÁÑEZ, A.: Propiedades y usos de 50 especiesmaderables que crecen en Cuba (propuesta apremio Academia 2001), La Habana, 2002.

NC 43-27:87 «Propiedades físico-mecánicas».


64

SOLER, M.: Mil maderas II, Editorial de la UVP, 2004.

NORMAS ISO-1975 «Draft International Standard» ISO3133, ISO 3137.

SOTOMAYOR, J. R.: «Tabla Fitecma de clasificación decaracterísticas mecánicas de maderas

mexicanas», Universidad Michoacana de SanNicolás de Hidalgo, México, 2002.

UNE 56-540-78 «Características físico-mecáni-cas de la madera: interpretación de los re-sultados de los ensayos. Norma española»,1978.

principales caracterÍsticas fÍsico … 2008... · aportarían un mayor valor agregado a la...

Documents