PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ABETO (Abies alba Mill.)DEL VALLE DE ARÁN

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1 PROPIEDADES MECÁNICAS DEL ABETO (Abies alba Mill.)DEL VALLE DE ARÁN M. BROTO 1, F. RODRÍGUEZ 2, M. BADÍA 3, A. ÁVILA 1, J. CIVIT 1 1 Universidad de Lérida. Dep. Ingeniería Agroforestal. Av. Rovira Roure Lérida. mbroto@eagrof.udl.es 2 Universidad de Lérida. Dep. Producción Vegetal y Ciencia forestal. Av. Rovira Roure Lérida. francisco.rodriguez@pvcf.udl.es 3 Institute National de Recherche Agronomique. Champenoux. LERFOB badia@nancy.inra.fr RESUMEN El objetivo principal del estudio es elaborar unas reglas de clasificación visual (con uso resistente) para la madera estructural producida por Maderas Safont (Bossost, Lérida), abeto (Abies alba Mill.) procedente del Pirineo Central. Para ello se han utilizado los criterios de cinco normas (norma escandinava, francesa, neozelandesa, española y método KAR), obteniendo sus respectivos rendimientos y clases resistentes mediante el ensayo a flexión de probetas de tamaño estructural. No se obtuvieron resultados satisfactorios en cuanto a homogeneidad y estructuración de las clases. Se ha elaborado la regla AUET, con tres clases resistentes (C30, C24 y C16) que engloban a la mayor parte de la muestra (10% de rechazos) y con facilidad de aplicación. En una segunda parte del estudio se analiza la influencia de algunas variables en la resistencia mecánica de la madera, para evaluar si deben ser considerados como criterio de clasificación: el tamaño de la sección de las piezas, la presencia de madera de compresión. Ninguna de ellas resulta tener una influencia suficiente. P.C.: Clasificación, madera, estructuras, abeto. SUMMARY The purpose of this study is to elaborate a visual grading structural timber for the white fir (Abies alba Mill.) issued from the Central Pyrenees. This objective was initiated by the sawmill Maderas Safont, which is situated in this region (Bossost, Lerida). To reach this purpose, the structural-sized beams were graded in fonction of the structural defects by five differents rules (Nordic, French, New Zealand, Spanish and KAR), the efficiency and the strength grades of each rule were found after the static bending test. The results weren t rather satisfactory in according to homogeneity and classification of grades. A new rule was elaborated, AUET, with three strenght classes (C30, C24, C16)which include a large volume of production (90%) and easily application. The influence of some variables in the strength of timber was studied, particularly the dimensions of timbers and the existence of compression wood. Their height and their importance were analized and the results indicate that this variables haven t a great influence in the strength quality. K.W.: Timber grading, structures, white fir INTRODUCCIÓN En la actualidad, la construcción con madera está adquiriendo un cierto desarrollo y es uno de los principales destinos de la producción. Para que la madera sea usada con seguridad y economía, es imprescindible conocer sus propiedades mecánicas, como se conocen las del resto de materiales de construcción. Así, es impensable ir a una planta de hormigón y hacer un pedido sin especificar la resistencia, y más todavía que nos lo sirvan diciendo que no saben cuál es, que han mezclado un poco de eso y un poco de aquello. Sin embargo ésta es la situación actual con la madera: se pide y se sirve sin saber ni unos ni otros sus propiedades mecánicas. Conclusión: sobredimensionado de las estructuras como terapia de seguridad, y sin conseguir total tranquilidad. Sensibles a este problema, los gestores de la empresa Maderas Safont Pedarrós, en Bossost, Valle de Arán, dedicada a la producción de madera estructural de abeto, decidieron elaborar unas reglas de clasificación visual que les permitieran servir a sus clientes madera con resistencia garantizada, y que se adaptaran a su materia prima. Se estableció un acuerdo de colaboración con la Universidad de Lérida, fruto del cual se ha obtenido el presente trabajo. MATERIAL Y MÉTODOS Todo el proceso se hizo en las condiciones marcadas por la normativa europea, y en particular de las siguientes: EN 338: Clases resistentes EN 384: Determinación de los valores característicos de las propiedades mecánicas y de la densidad EN 408: Determinación de algunas propiedades físicas y mecánicas EN 518: Requisitos de las normas de clasificación visual resistente La población de abeto (Abies alba Mill) muestreada es la que puebla los montes que aprovecha regularmente el aserradero Maderas Safont Pedarrós (Bossost, Lleida), y se encuentran en el Valle de Arán y en el Departamento francés de la Haute Garonne. Se tomaron cinco muestras (lotes) procedentes de otros tantos montes, con 42 tablas cada una, es decir, un total de 210 probetas (tablas). Los árboles de los que se extrajeron las probetas se seleccionaron al azar en el parque del aserradero. Para garantizar representación de todo el fuste se dividió el tronco en cuatro trozas, denominadas A, B, C y D, desde la base. El objetivo era obtener información del mayor número posible de árboles; en cada lote se eligieron 8 árboles y de cada árbol una troza elegida aleatoriamente pero de modo que estuvieran representadas por igual las cuatro posiciones (2 trozas A, 2 B, 2 C y 2 D). Se aserraron las trozas y se escogieron, también al azar, las tablas, en número variable según el tipo de troza: 17 tablas de la troza A, 13 de la B, 8 de la C y 4 de la D. Todas las tablas tenían la misma sección: 14,2 x 6,9 cm, excepto las

2 pertenecientes al quinto lote que eran de 11,3 x 4,5 cm (se decidió este sistema para eliminar en la mayor parte de la muestra la posible influencia del tamaño de la sección, y estudiarlo más adelante individualmente). Puesto que todo el proceso de selección es aleatorio, los resultados nos pueden permitir estimar la proporción de la producción que se puede asignar a cada clase. Se clasificaron todas las tablas de acuerdo con cinco normas visuales: 1.- Norma escandinava, INSTA Nordic Visual Stress Grading Rules for Timber 2.- Norma española, UNE Norma de clasificación visual de la madera de uso estructural 3.- Norma francesa, NFB (Avant- projet). Classement visuel pour l emploi en structure des principales essences résineuses et feuillues 4.- Norma neozelandesa, NZS Classification and grading of New Zeland Timbers 5.- Método recomendado por la CEE para la clasificación visual de la madera aserrada (Método KAR; Boletín de la madera europeo, vol. XXXIV; suplemento 16. Ginebra, Noviembre 1982) Se ensayaron todas las tablas y se calculó su resistencia a flexión y su módulo de elasticidad. Se midieron peso específico y humedad de todas las probetas tras el ensayo, en la zona próxima a la sección de rotura. Se calcularon los valores característicos de resistencia y los rendimientos para cada norma. Se analizó la estructura de las clases, su homogeneidad y las diferencias entre éstas. Se estudiaron los criterios que clasificaban las y de acuerdo con los datos obtenidos se probaron nuevas reglas de clasificación, variando los criterios y sus límites. Los objetivos perseguidos en estas reglas fueron tres: mejorar los rendimientos, facilitar la clasificación y mejorar la estructura de las clases, con mayor importancia de los dos primeros, y se obtuvo la regla AUET. Se tomo una nueva muestra de 40 tablas obtenidas aleatoriamente en el aserradero, para estudiar la influencia del tamaño de la sección. Se eligieron cuatro tamaños: 17x9 cm, 14x4,3 cm, 9,5x9,5 cm y 9,5x7 cm, y 10 tablas de cada uno. Se clasificaron visualmente según la regla AUET y se rompieron a flexión. Se estudiaron las diferencias entre secciones. Se realizaron análisis para la muestra completa, y también dentro de cada clase resistente de las obtenidas de acuerdo con la clasificación AUET. Se manejaron los datos directamente obtenidos de los ensayos y también los obtenidos corrigiendo la resistencia por el factor de sección que figura en el Eurocódigo 5, k h =(150/h) 0,2, donde h es el canto de la sección. Este factor fue estudiado para intentar ajustarlo a la muestra. De las tablas ensayadas se extrajeron probetas de dimensiones 2x2x30 cm, libres de defectos, a excepción de la madera de compresión. La muestra constaba de 126 probetas repartidas en cuatro grupos caracterizados por el espesor de la madera de verano, que se tomó como indicador inicial de la existencia de madera de compresión (Tabla 1) Tabla 1. Grupos de estudio de la madera de compresión RESULTADOS Y DISCUSIÓN Los resultados obtenidos con las Normas de clasificación no fueron plenamente satisfactorios, ni en rendimiento ni en estructuración (interna y externa) de las clases. En el Gráfico 1 se representan los rendimientos de las diversas normas de clasificación y la clase resistente asociada a cada clase visual, de acuerdo con la norma EN 338. Se aprecian grandes diferencias en los resultados, poniendo de manifiesto la importancia de la elección de la clasificación ajustada a las características de la materia prima. Por ello se desarrolló una clasificación específica para la producción de Maderas Safont, combinando los criterios de clasificación de las diferentes normas y los límites de las clases. El resultado es la clasificación AUET. Se optó por tres clases visuales que ofrecen versatilidad y no complican en exceso la clasificación. En el Gráfico 2 figuran los rendimientos y las clases resistentes asociadas a las visuales, A1, A2 y A3. Los próximos pasos son la validación con una muestra independiente y elaborar un programa de control de calidad. En el apartado de estudio de la influencia de la sección en la resistencia, no se desprende del análisis de los datos sin agrupamiento en clases ninguna diferencia significativa entre secciones, y no es posible encontrar una correlación entre resistencia y tamaño de la sección. Se realizó la prueba post hoc para la identificación de subconjuntos homogéneos por el método de Scheffe, y todas las secciones se incluyeron en el mismo conjunto, con una significación de 0,21. Todo parece indicar que el efecto de la sección queda enmascarado por el resto de factores (nudos, gemas, ) que tienen una influencia muy superior. Por ello se realizó el análisis por clases resistentes. Se hizo el contraste de Levene para garantizar que las diferentes secciones provienen de una población con varianza común, y el nivel de significación para las clases A1, A2 y A3 fue de 0,34, 0,53 y 0,31 respectivamente.

3 El análisis de varianza para cada clase dio como resultado diferencias significativas en dos casos:1) en la clase A1, en la que había representación de tres secciones, entre tamaño 12 x 5 cm (sección 2) y los tamaños 15 x 7,5 cm (sección 1) y 10 x 7,5 cm (sección 6), y en la prueba post hoc se confirmó que formaban dos subconjuntos homogéneos;2) en la clase A2, en la que están representadas cuatro secciones, aparecieron diferencias entre la sección 2 y la 3 (18 x 10 cm), aunque en la prueba post hoc las cuatro secciones pertenecían al mismo grupo. Se puede deducir de estos datos que cuánto menor es el número de defectos mayor es la influencia de otros factores en la resistencia (mayores diferencias en la clase más alta), aunque no parece ser el tamaño de la sección el factor que explique, al menos por sí solo, estas diferencias, pues no se produce una variación de resistencia acorde con la variación de tamaño: la sección 2 posee una resistencia significativamente superior a las secciones 1, que es mayor, y 6, que es menor. Del análisis con los datos corregidos a un canto de referencia de 150 mm, mediante el k h establecido por el Eurocódigo 5, y sin corregir se obtienen los mismos resultados cualitativos, aunque los grupos resultan más homogéneos con el factor de corrección. Del estudio del coeficiente de corrección k h se llegó a la conclusión de que se puede modificar el factor propuesto por el Eurocódigo 5. Si se sustituye el exponente de 0,2 propuesto por el de 0,15, el factor queda k h = (150/h) 0,15, h el canto de la pieza, se consigue mejor ajuste a la muestra (aunque debido al tamaño de la muestra no se puede asegurar su validez, únicamente parece interesante seguir investigando). También resaltar que la influencia del canto no se estabiliza en 15 cm, sino que en nuestra muestra sigue hasta los 18 cm de la sección mayor. Pero se mejora mucho si se toma como referencia la sección de la pieza en lugar de su canto, con un coeficiente de corrección del tipo k S = (S 0 /S) d, S la sección de la pieza. Tomamos como referencia la sección de 15 x 7,5 cm, es decir S 0 = 112,5 cm 2, por ser similar a la sección mencionada en la normativa europea y disponer del mayor número de datos en este tamaño. Establecidas correlaciones entre el valor teórico de la resistencia (calculado para cada sección a partir del valor de resistencia de la sección de referencia) y el valor experimental, el coeficiente de correlación es muy elevado para las clases A2 y A3, 0,9988 y 0,9890 respectivamente (tomando el canto, el mejor coeficiente de correlación es 0,5818), y menor para la clase A1, R 2 =0,6173, clase en la que no olvidemos que había mayores diferencias entre los valores de resistencia y que no podían ser explicados por el tamaño de la sección. El valor adoptado para el exponente d es 0,28 y proponemos por tanto, a la espera de investigar con una muestra mayor, el coeficiente k S = (112,5/S) 0,28, donde S es la sección en cm 2, y es válido para secciones de 100 hasta 180 cm 2.

4 En lo relativo al estudio de la influencia de la madera de compresiónen la resistencia, simplemente reseñar que el espesor de la madera de verano ha demostrado ser un buen indicador de la madera de compresión. Con independencia del resto de variables, a medida que aumenta el espesor de la madera de otoño aumenta, lógicamente, la densidad, pero se distinguen dos zonas: en la primera aumenta también la resistencia a flexión, mientras que en la segunda no, e incluso disminuye. El límite entre ambas zonas es el que hemos fijado como inicio de madera de compresión, de modo que en la primera zona el incremento de densidad no repercute negativamente en las propiedades mecánicas, y en la segunda se debe a la presencia de madera de compresión y hay disminución de resistencia. En ambas zonas, sin embargo, decrece siempre la relación resistencia/peso, que es mayor cuánto menor es el espesor de la madera de verano. El límite a partir del cual admitimos que aparece la madera de compresión es de 1,9 mm, y el límite a partir del cual tiene una fuerte influencia en la resistencia es 3,2 mm. Sin embargo no tiene una influencia significativa en la clasificación estructural. En las clases A2 y A3 su efecto se ve completamente enmascarado por el resto de defectos, y aquellas vigas asignadas a una clase exclusivamente por la existencia de madera de compresión poseen una resistencia superior a la media (es decir, hay diferencia significativa pero de aumento de resistencia). Únicamente en la clase A1, la de mayor calidad, se puede apreciar la influencia en maderas con espesor de los anillos de verano superior a 3 mm, pero no influye en la resistencia característica, puesto que coloca estas tablas en la zona medio baja de la distribución de resistencias, y aunque disminuye la resistencia media no afecta al 5º percentil. Por tanto se decidió eliminar la madera de compresión como criterio de clasificación en la regla AUET. También se constató que en presencia de madera de compresión se altera la relación entre el módulo de rotura y el módulo de elasticidad en flexión (para un determinado módulo de elasticidad la resistencia es mayor cuando hay madera de compresión), por lo que en caso de clasificación mecánica es conveniente tener en cuenta la madera de compresión, aunque no necesario, pues queda del lado de la seguridad. CONCLUSIONES Las normas de clasificación visual para uso resistente, a pesar de manejar criterios de clasificación semejantes, dan resultados muy diferentes en la muestra estudiada. Las diferencias son muy importantes tanto en el rendimiento como en las clases resistentes obtenidas. Es conveniente hacer un estudio particular en cada zona de aprovechamiento, y recomendamos la elaboración de una regla de clasificación para cada aserradero o grupo de aserraderos que produzcan madera estructural. La regla de clasificación AUET da resultados satisfactorios. Se obtienen tres clases con un rendimiento equilibrado y sólo un 10 % de rechazos, y unas clases resistentes que ofrecen versatilidad, C16, C24 y C30. Queda pendiente la validación con una nueva nuestra y el desarrollo del proceso de control de calidad, por lo que todavía es posible alguna modificación en la regla AUET. El tamaño de la sección tiene una influencia moderada sobre la resistencia, y se explica mejor tomando como referencia el valor de la sección que, tal como establece el Eurocódigo 5, únicamente el canto. En la clase de mejor calidad es dónde se aprecia mayor influencia de factores como el tamaño de la sección, la madera de compresión y otros no descritos, factores que en sí mismos no repercuten significativamente en la resistencia pero que se pueden apreciar en ausencia de características con mayor efecto en las propiedades mecánicas. El espesor de la madera de verano es un buen indicador de la influencia de la madera de compresión en la resistencia. La madera de compresión modifica el comportamiento de la madera libre de defectos, bajando la resistencia significativamente cuando el espesor de la madera de verano es superior a 3,2 mm, pero no tiene importancia para la madera estructural clasificada visualmente, y por tanto no es buen criterio de clasificación y se elimina de la regla AUET. La madera de compresión si influye en la clasificación mecánica, pues modifica la relación resistencia módulo de elasticidad (en probetas con madera de compresión corresponde mayor resistencia a un módulo de elasticidad) AGRADECIMIENTOS Nuestro principal agradecimiento es para Maderas Safont Pedarrós, de Bossost, en el Valle de Arán, y en particular para Javier Safont, que no ha escatimado esfuerzos para que el trabajo saliera adelante Nuestro agradecimiento a la Escuela del Trabajo de Lérida, centro de Formación Profesional, y en particular al profesor Joaquim Gracia Riu, que colaboró de manera decisiva en la preparación de las probetas de madera libres de defectos.

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