MONTES MONTES. PRINCIPALES PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA DE PINO NEGRO (Pinus uncinata Ram.) DEL PIRINEO LERIDANO

Transcripción

1 Secado de la madera en el laboratorio Francisco Rodríguez Puerta 1 y Antonio Mª Villasante Plágaro 2 1 Depart. de Producción Vegetal y Ciencia Forestal. 2 Depart. de Ingeniería Agroforestal. Universidad de Lérida. PRINCIPALES PROPIEDADES FÍSICAS DE LA MADERA DE PINO NEGRO (Pinus uncinata Ram.) DEL PIRINEO LERIDANO R E S U M E N Se presenta en este artículo el estudio realizado, en el Departamento de Ingeniería Agroforestal de la Universidad de Lérida, sobre el peso específico y la hinchazón de la madera de Pinus uncinata Ram. Para ello, se realizó un muestreo eligiéndose 23 pies de los que se analizó la troza de la zona inferior del fuste. En total se obtuvieron 149 probetas para la investigación de la influencia de 3 factores sobre las citadas propiedades: azulado, crecimiento y orientación dentro del árbol. Palabras clave: Pinus uncinata, hinchazón y merma, peso específico, anchura del anillo, azulado. N. o

2 INTRODUCCIÓN La madera es un material anisótropo e higroscópico, por lo que una de sus principales características es la heterogeneidad. El conocimiento con detenimiento de sus propiedades físicas es de gran importancia para prever el comportamiento de los productos elaborados que se puedan obtener (madera estructural, carpintería, suelos, etc. ). El peso específico no varía de forma constante al aumentar su humedad, puesto que por debajo del punto de saturación de las fibras (PSF) varía también su volumen. Además, dada su heterogeneidad, el peso específico no es constante dentro de una misma especie ni dentro de un mismo árbol. Esta propiedad es la que más información aporta sobre el comportamiento de cualquier madera, ya que el resto de características físico-mecánicas están íntimamente correlacionadas con ella (GUI- TARD, 1994). Como en el sistema métrico el peso específico viene expresado por la misma cifra que la densidad con relación al agua, se confunden generalmente ambos conceptos. Recordemos que el peso específico viene dado por la relación entre su peso y su volumen, mientras que la densidad viene dada por la relación entre su masa y su volumen. Hay que distinguir entre peso específico aparente, que es al que hemos hecho referencia, y peso específico real o peso específico de las sustancias celulósicas constitutivas sin tener en cuenta los espacios huecos o poros. Este peso específico real es, a la humedad normal y aproximadamente, 1,54 g/cm 3 para todas las especies (KOLLMANN, 1959). Respecto al peso específico aparente podemos distinguir 2 tipos: 1. Masa y volumen medidos en diferentes condiciones de humedad. Así, tendremos la densidad básica o peso seco volumétrico saturado, que vienen dados por la relación entre la masa en estado anhidro y el volumen en estado saturado. 2. Masa y volumen medidos en las mismas condiciones. Dentro de este segundo caso, hay que considerar los valores del peso específico al 0% de humedad o en estado anhidro, el peso específico al 12% de humedad o peso específico normal y el peso específico en estado saturado o peso específico a una humedad superior al PSF. Por otra parte, la variación del contenido de humedad de la madera produce además de un cambio en su peso específico, una variación en sus dimensiones cuando se encuentra por debajo del punto de saturación de las fibras. Esta deformación es debida a que el agua se sitúa dentro de la pared celular entre los elementos que la componen (fibrillas elementales, microfibrillas,...) separándolos o acercándolos, según aumente o disminuya su cantidad. Es comúnmente aceptado que esta deformación es constante hasta el 25% de humedad. Por encima del punto de saturación de las fibras, el agua que se añade a la madera lo hace en forma de agua libre situándose en el interior de los lúmenes celulares, causa por la cual no se produce ni hinchazón ni merma (en realidad sí se produce, pero su valor es tan reducido que puede considerarse como despreciable). La hinchazón volumétrica total, representada en este trabajo por la letra B, mide la variación volumétrica entre los estados de saturación y anhidro, y expresa dicha variación en tanto por ciento respecto a su volumen anhidro. Esta medida de la hinchazón volumétrica no es suficiente para determinar la calidad de la madera, y es preciso conocer su comportamiento bajo la influencia de variaciones de humedad próximas a las habituales de empleo de la madera. El coeficiente de hinchazón volumétrica, representado en este trabajo por la letra v, mide la variación de volumen de la madera cuando su humedad varía un 1 por ciento. Este coeficiente es prácticamente constante en el intervalo existente entre el estado anhidro y el 25% de humedad. Dado el carácter anisótropo de la madera, las variaciones de volumen que acabamos de exponer no son suficientes para darse cuenta del complejo de fenómenos que intervienen en el movimiento de la madera, y que tiene como resultado las variaciones lineales de sus tres dimensiones: longitudinal, radial y tangencial, con hinchazones muy diferentes para cada una de ellas. En el presente trabajo se analiza la influencia de tres factores (azulado, crecimiento y orientación de la probeta dentro del árbol) sobre el peso específico y la hinchazón de la madera de Pinus uncinata Ram. procedente de claras de una masa natural del Pirineo leridano. Se ha elegido esta especie por su gran prestigio entre los profesionales dedicados a la industria de la madera dentro de la zona pirenaica oriental, así como por su restringida área de distribución, motivo por el que ha sido frecuentemente olvidada en estudios tecnológicos realizados hasta el momento. MATERIALES Y MÉTODO El material ensayado se extrajo del monte «La Pinetella», en la comarca pirenaica de La Cerdanya (Lérida), procedente de trabajos de claras selectivas mixtas en una masa natural de Pinus uncinata de aproximadamente 60 años de edad (el pie más joven de la muestra tenía 49 años y el más viejo 80). En total se ensayaron 23 árboles, de los cuales se extrajo la troza basal de 60 cm de longitud en la que se marcaron con pintura los cuatro puntos cardinales. Los datos de la muestra se recogen en la tabla 1. Una vez trasladado el material al laboratorio se procedió al corte siguiendo las direcciones marcadas en las trozas de acuerdo con la figura 1, basado en la norma UNE Las tablas fueron secadas de forma natural durante un periodo de 4 meses durante el cual se medía la humedad con xilohigrómetro hasta que se alcanzó la humedad de equilibrio del laboratorio (12%). 26 N. o

3 Figura 1.- Tipo de despiece para la extracción de probetas de acuerdo con la orientación de la troza Tabla 1.- Estudio descriptivo de los pies que componen la muestra El tamaño y forma de probeta para el ensayo de peso específico e hinchazón fue en cubos de sección recta de 20 mm de arista, siguiendo cada una de las caras las perpendiculares a las direcciones principales de la madera (longitudinal, radial y transversal). Para su ensayo se realizó una caracterización de acuerdo con los siguientes factores: - ORIENTACIÓN : La clasificación de las probetas fue Norte, Sur, Este y Oeste, de acuerdo con la posición de las probetas con referencia a los puntos cardinales marcados en cada una de las trozas (ver figura 1). - TIPO DE MADERA: Atendiendo a este factor se clasificaron las probetas en 2 clases: madera normal y madera azulada - ANCHURA MEDIA DEL ANI- Unidades Media Desv. St Máximo Mínimo Edad años 59 6, Diámetro normal cm 18,535 2,670 23,3 15,2 Altura total m 12,295 1,692 14,78 9,76 Volumen m 3 0,197 0,050 0,290 0,130 Desv. std: Desviación estándar LLO: La anchura del anillo siempre fue tomada como variable continua, siendo representada por la anchura media en mm de los anillos de cada probeta. Las propiedades analizadas fueron: peso específico en estado normal peso específico en estado anhidro peso seco volumétrico saturado hinchazones (volumétrica, tangencial y radial) coeficientes de hinchazón (volumétrico, tangencial y radial). Todos ellos fueron realizados según las vigentes normas UNE. Se realizaron análisis de covarianza, para poder homogeneizar las muestras según variables cuantitativas como la anchura media de los anillos y/o el peso específico. Se consideró que existían diferencias significativas entre categorías con un nivel de confianza del 95%, siempre y cuando el p-valor fuera inferior a 0.05, y del 99% cuando éste fuera inferior a Cuando se detectaron dichas diferencias se realizó la separación de sus medias por el método de Bonferroni. RESULTADOS Y DISCUSIÓN En la Tabla 2 podemos observar el resultado del análisis de covarianza del peso específico (normal, básica y anhidra) respecto al tipo de madera (azulada o normal) y a la orientación de la probeta dentro del árbol (N,S,E,O), tomando como covariable la anchura media de los anillos. Tabla 2.- Factores que influyen en el peso específico de la madera Peso Especifico 12% Peso seco Volumétrico Peso Específico 0% Tipo 0,0021 ** 0,0084 ** 0,0088 ** Orientación 0,7725 n.s. 0,6588 n.s. 0,6901 n.s. Anillos 0,0090 ** 0,0341 * 0,0100 ** Tipo*Anillos 0,1818 n.s. 0,3616 n.s. 0,3493 n.s. Correlación con -0,2555-0,2181-0,2544 anchura anillo 0,0031 ** 0,0117 * 0,0031 ** * significativo al 95% ** significativo al 99% n.s. no significativo N. o

4 Peso Especifico 12% Peso seco Volumétrico Peso Específico 0% Normal 0, , , , , , Azulada 0, , , , , , Los valores indican la media + intervalo de confianza al 95% (1.96σ) Hay que tener en cuenta que el factor espesor medio del anillo, es un factor significativo respecto al peso específico de la madera y con una considerable correlación negativa, por lo que podemos afirmar que a medida que los anillos son más anchos (mayor crecimiento) se produce una caída significativa de peso específico. La explicación a este fenómeno la Tabla 3.- Valores de los pesos específicos Tabla 4.- Factores influyentes en la hinchazón de la madera B. volumétrica B. tangencial B. radial Tipo 0,8551 n.s. 0,2987 n.s. 0,6442 n.s. Orientación 0,8056 n.s. 0,8892 n.s. 0,9758 n.s. P.E 12% 0,0000 ** 0,0452 * 0,0000 ** Tipo*P.E. 12% 0,8247 n.s. 0,3155 n.s. 0,5684 n.s. v. volumétrica v. tangencial v. radial Tipo 0,8906 n.s. 0,6699 n.s. 0,3267 n.s. Orientación 0,6846 n.s. 0,7173 n.s. 0,6043 n.s. P.E. 12% 0,0108 * 0,0179 * 0,0325 * Tipo*P.E 12% 0,8188 n.s. 0,6634 n.s. 0,2433 n.s. * significativo al 95% B: Hinchazón ** significativo al 99% v: Coeficiente de hinchazón. n.s. no significativo Tabla 5.- Coeficientes de correlación entre los distintos tipos de peso específico y las hinchazones y coeficientes de hinchazón B. vol. B. tang. B. radial v. volum. v. tangen v. radial P.E 12% 0,4063 0,4555 0,1879 0,1965 0,2190 0,0764 0,0000 ** 0,0000 ** 0,0304 * 0,0234 * 0,0113 * 0,3819 n.s. P.E 0% 0,4585 0,4922 0,2370 0,3246 0,3311 0,1508 0,0000 ** 0,0000 ** 0,0050 ** 0,0001 ** 0,0001 ** 0,0544 n.s. P.S.V 0,2403 0,3353 0,0746 0,2295 0,2507 0,0916 0,0053 ** 0,0001 ** 0,3936 n.s. 0,0079 ** 0,0036 ** 0,2944 n.s. * significativo al 95% B: Hinchazón. ** significativo al 99% v: Coeficiente de hinchazón. n.s. no significativo podemos encontrar en que, según aumenta el espesor del anillo, éste repercute fundamentalmente en la madera de primavera (caso de las coníferas), madera menos densa, por lo que el peso específico total de la madera disminuye. Es por esta alta correlación por lo que la variable «espesor del anillo» es tenida en cuenta en muchas reglas de clasificación como predictor (de fácil medida, aunque con peor capacidad predictiva que el peso específico) de la calidad de la madera, tanto en rollo como aserrada. En la Tabla 3 podemos observar los valores obtenidos (en los que se han corregido posibles efectos provocados por la anchura media del anillo), después de la separación de medias para los dos tipos de madera estudiada. Vemos que la madera azulada posee un peso específico menor que el de la madera normal a igualdad de espesor del anillo ( en ningún caso se solapan los intervalos). La posible razón que justifica estos resultados es que el hongo ataca a las fibras, disminuyendo el peso específico de la madera y haciéndola más «porosa». Otro aspecto a tener en cuenta es que el hongo sólo ataca a madera de albura, por lo que la muestra de madera azulada es sólo de este tipo mientras que la de madera normal es de albura y duramen indistintamente, siendo ésta última más densa, habitualmente. Cabe destacar la no-influencia de la orientación de la probeta respecto al peso específico, por lo que podemos afirmar que no existe ninguna dirección privilegiada dentro del árbol, respecto al estudio del peso específico. Finalmente, tanto el peso específico anhidro como el peso seco volumétrico se comportan del mismo modo que el peso específico normal (en todos ellos influyen los mismos factores), resultado esperanzador por la facilidad de medida del peso seco volumétrico utilizando la formula de Smith (BAM- BER et al., 1983). Respecto al estudio de las hinchazones y coeficientes de hinchazón, en la Tabla 4 vemos el resultado de su análisis. Esta vez se utiliza como covariable el peso específico. Vemos tras el análisis de covarianza, que el factor peso específico es el único significativo, con una correlación positiva en todos los casos, por lo se deduce que a medida que aumenta el peso específico de la madera, aumenta a su vez su hinchazón. Lógico resultado, puesto que cuanto mayor es el peso específico de las célu- 28 N. o

5 las, mayor es el porcentaje de pared celular susceptible de ser impregnado de agua. En la tabla 5, podemos observar los coeficientes de correlación entre las distintas hinchazones y pesos específicos analizados. Vemos como en todos los casos es el peso específico anhidro el que posee una mayor correlación con la hinchazón de la madera. Ya en 1959, Kollmann propuso que tanto la hinchazón volumétrica como el coeficiente de hinchazón volumétrica eran combinación lineal del peso específico anhidro según las siguientes expresiones: B=28*P.E 0% v=0,84*p.e 0% En nuestro caso, tras un análisis de regresión específicos para la especie Pinus uncinata, los resultados han sido próximos a los propuestos por Kollmann siendo: B= 27,389* P.E 0% v= 0,8088* P.E 0% Finalmente, en la Tabla 6 podemos observar el valor medio y su intervalo de confianza para las hinchazones y coeficientes de hinchazón estudiados en los tipos «madera azulada» y «madera normal» (recordemos que no existen diferencias significativas entre ambos tipos, por lo tanto pueden considerarse como uno sólo). No debe sorprender el hecho que no existan diferencias entre «madera azulada» y «madera normal» ya que el estudio se ha realizado corrigiendo (a través de análisis de covarianza) el factor «peso específico» para que no altere el efecto provocado por las menores densidades que habitualmente presenta de la madera azulada. Se deduce finalmente que la hinchazón y merma dependen fundamentalmente del peso específico de la madera, ya que ni el tipo ni la orientación han resultado ser significativos. CONCLUSIONES Respecto a los resultados obtenidos en el estudio del peso específico, podemos concluir que: 1. Los tres tipos de peso específico estudiados (anhidro, normal y peso seco volumétrico) se ven afectados por los mismos factores, por lo que es indiferente el estudio de cualquiera de ellos de cara a correlacionar los resultados con otras propiedades mecánicas. 2. El efecto anchura media de los anillos es un factor muy significativo con una correlación negativa, por lo que según aumenta el crecimiento (anchura de los anillos) disminuye el peso específico. 3. La madera azulada es menos densa que la madera no atacada por el hongo, siendo este el principal motivo por el que presenta propiedades mecánicas inferiores. 4. No existe ninguna dirección privilegiada dentro del árbol ya que no se detectan diferencias entre el peso específico de la madera de los distintos radios analizados. Tabla 6.- Valores de las hinchazones y coeficientes de hinchazón B volumétrica B tangencial B radial 12,7161+0,3505 6, , , ,22292 v volumétrico V tangencial v radial 0, , Media + intervalo de confianza al 95% (1.96s) Respecto al estudio de la hinchazón de esta madera, podemos concluir que: 1. Tanto las diferentes hinchazones como los coeficientes de hinchazón dependen significativamente del peso específico de la probeta, existiendo en casi todos los casos una correlación significativamente positiva que indica que a medida que aumenta el peso específico de la madera el juego de la madera es mayor. 2. Ni existe una dirección privilegiada dentro del árbol, ni influye el ataque del hongo cromógeno en los resultados del análisis de las hinchazones y coeficientes de hinchazón estudiados. BIBLIOGRAFÍA BAMBER, R.K., BURLEY, J.; The Wood properties of radiata pine. Commonwealth Agricultural Bureaux. England. FERNÁNDEZ-GOLFIN, J.I., DIEZ, M.R.; Influencia del anillo de crecimiento en la densidad y otras propiedades físico-mecánicas de la madera estructural de diversas especies. Investigación Agraria. Sistemas y Recursos Forestales. 3(2): FERNÁNDEZ-GOLFIN, J.I., DÍEZ, M.R.; Influencia de las claras en la calidad de la madera estructural de Pinus sylvestris L. en una masa artificial. Montes Madrid.(48): GUITARD, D.; Le bois matériau d'ingénierie. Chapitre. III: Comportement mécanique du bois. ARBOLOR. Nancy GUTIERREZ, A., PLAZA, F.; Características físico-mecánicas de las maderas españolas. I.F.I.E. KOLLMANN, F.; (1959). Tecnología de la madera y sus aplicaciones. Volumen I. I.F.I.E. Madrid. RODRIGUEZ, F., VILLASANTE, A.M.; (1998). Pinus uncinata del Pirineo de Lleida. Factores de contracción de la madera. A.I.T.I.M. Madrid (191): UNE. ( ). Características físico-mecánicas de la madera. Normas UNE a UNE VIGNOTE, S., JIMÉNEZ, F.J.; (1996). Tecnología de la madera. M.A.P.A. Mundi-prensa. Madrid. N. o