CARACTERIZACIÓN FISICO-MECÁNICA DEL PINUS PINASTER AIT. PROCEDENCIA SIERRA DE OÑA (BURGOS), INFLUENCIA DEL FACTOR RECTITUD. M. CASADO, M. GARCIA & L. ACUÑA. Departamento de Ingeniería Agrícola y Forestal. E.T.S. Ingenierías Agrarias. Avda. Madrid 57. 34004 Palencia. INTRODUCCIÓN La forma del fuste y en particular la rectitud es un factor importante en la calidad y producción de madera en rollo y fibra ZOBEL & VAN BUIJTENEN (1989). En Pinus pinaster Ait adquiere especial importancia de cara al aprovechamiento de la madera y a la selección de progenies adecuadas, dada la tendencia de la especie a presentar fustes sinuosos VIGNOTE (1996). Debido a la variabilidad natural de la especie y el elevado número de procedencias que existen esta tendencia muestra extremos muy diferenciados; la procedencia “Sierra de Oña” es una de las que presenta masas con fustes más torcidos e inclinados GIL et al. (1990), SIERRA DE GRADO et al. (1999) y GONZALO & SANCHEZ (1997), si bien también existen rodales con fustes perfectamente rectos. Desde el punto de vista del aprovechamiento y la tecnología de la madera la ausencia de rectitud en el pinaster, al igual que en otras especies, se considera esencialmente como un defecto que deprecia la madera; primero por que dificulta el aprovechamiento y disminuye el rendimiento de transformación de la materia prima en la industria del aserrado y desenrollo, y segundo por que lleva asociadas propiedades morfológicas negativas: madera de compresión, excentricidad y elipticidad. OBJETIVOS El conocimiento de las propiedades físicas y mecánicas de las maderas usadas comercialmente permite comparar especies y procedencias desde un punto de vista tecnológico y tiene una aplicación industrial inmediata, ya que al conocer cuales son las características de cada madera es posible destinarlas al uso más apropiado, con el consecuente ahorro de tiempo y esfuerzo en su transformación y una mayor calidad del producto. Se pretende determinar la influencia de la rectitud sobre las propiedades físicas y mecánicas de la madera de pinaster procedencia “Sierra de Oña” dado que presenta una tendencia genética hacia fenotipos torcidos y con mala conformación y que el factor rectitud, como reflejo de otros factores es muy heredable TIMELL (1986). Para lograr estos objetivos se actuará analizando los puntos siguientes: 1. Caracterización física y mecánica de la madera de Pinus pinaster Ait. de la procedencia Sierra de Oña (Burgos) mediante el ensayos fisico-mecánicos sobre probetas de pequeño tamaño y libres de defectos obtenidas a partir de trozas de 24 árboles. Las propiedades determinadas se dividen en tres grupos: I. Propiedades morfológicas: Madera de compresión, excentricidad, elipticidad II. Propiedades físicas: Humedad, densidad, contracciones lineales y volumétricas e higroscopicidad III. Propiedades mecánicas: Dureza, resistencia a la flexión estática, resistencia a la compresión axial y Módulo de elasticidad. 2. Análisis de la influencia de la clase de rectitud de los árboles de la muestra en las propiedades físico-mecánicas analizadas. MATERIAL Y METODOS La muestra a estudiar está formada por 24 árboles, de los cuales 12 son rectos y 12 torcidos o inclinados en alguna parte de sus fustes. Los árboles se han seleccionado dentro de las parcelas estudiadas por GONZÁLEZ (1999). Se eligieron árboles muy rectos (clase 2) y muy torcidos (clase 5) según la clasificación de GALERA(1997) para reducir la posibilidad de estimación incorrecta, evitando la clase 6 totalmente inservibles para obtener probetas de ensayo, todos los árboles pertenecían a clases diamétricas superiores a 30 centímetros con el fin de obtener un número suficientes por árbol de probetas de pequeñas dimensiones y libres de defectos. Figura 1. Clasificación de la rectitud según GALERA (1997) Los árboles apeados se tronzaron para obtener ã rodajas de 5-8 cm. de espesor a alturas conocidas (0.5, 2.5, 3.5, 5.5, 7.5 y 9.5 m.), con las cuales poder determinar el porcentaje de madera de compresión existente en cada árbol ã una troza basal de un metro, entre los 2,5 y los 3,5 m. de altura del árbol, a partir de la cual se obtuvieron las probetas para los ensayos FERNANDEZ-GOLFÍN et al. (1995), GUTIÉRREZ & BAONZA (2000). Las rodajas se usaron para evaluar parámetros de forma del fuste; elipticidad, excentricidad y porcentaje de madera de compresión. Para la observación de la madera de compresión, se secaron hasta una humedad del 10-11 %, se cepillaron con el fin de obtener una superficie de trabajo adecuada y se aplicó sobre ellas una mezcla pulverizada de tolueno y glicerina en proporción 2:1 en peso LÓPEZ DE ROMA et al (1991)(foto nº2). Sobre cada rodaja se determinó mediante planimetría y medición directa la superficie ocupada por la madera de compresión. Los índices de elipticidad y excentricidad se midieron según las siguientes fórmulas; Las trozas fueron transformadas en tablones de 3 cm en una sierra de banda, se dejaron secar convenientemente apilados en el laboratorio, hasta que su humedad se estabilizó al 12 %. Una vez secos los tablones fueron regruesados y cepillados hasta alcanzar su espesor definitivo de 2 cm entonces se transformaron en listones paralelos al eje del árbol con una sección de 2x2 cm. A partir de los listones se obtuvieron las probetas de ensayo, con las dimensiones adecuadas y libres de defectos como; fibra torcida, fendas, nudos, bolsas de resina y dimensiones inadecuadas, tal como recomienda la norma UNE 56.528.78 “Preparación de probetas para ensayos”. Las dimensiones adecuadas para cada probeta y ensayo están fijadas en las normas correspondientes (Tabla nº1). Tabla nº1. Normas UNE empleadas y tamaños que fijan para las probetas de cada ensayo. Propiedad Norma UNE Dimensiones (mm) Humedad 56-529-77 20x20x25 Densidad 56-531-77 20x20x25 Higroscopicidad 56-532-77 20x20x40 Contracciones 56-533-77 20x20x40 Dureza 56-534-77 20x20x60 Compresión axial 56-535-77 20x20x60 Flexión estática 56-537-79 20x20x300 Los ensayos mecánicos se realizaron en la máquina universal de ensayos que posee el Laboratorio de Maderas de la E.T.S.II.AA, la cual permite aplicar una carga a velocidad y tiempo controlados, tal y como se recoge en las normas. Además, incorpora un software adecuado para la gestión de los datos (Foto nº 3). RESULTADOS Y DISCUSIÓN. Los resultados de los ensayos de las probetas de los 24 árboles se analizaron con el programa de estadística STATGRAPHICS (serial nº 3872856) obteniéndose los valores medios para cada propiedad y submuestra (rectos-torcidos). También se realizó un análisis de varianza (ANOVA) para cada propiedad y la clase de rectitud, con la finalidad de detectar las posibles diferencias que pudieran existir entre las submuestras y su nivel de significación. La comparación de muestras en el test ANOVA se efectuó con el test de Tukey para el análisis de las propiedades fisicomecánicas, pero para las propiedades morfológicas se optó por el test W de Mann Whiteney (Wilcoxon) al no haber normalidad en los datos. Los resultados se presentan en la tabla nº2 y 4. Propiedades morfológicas La tabla 2 muestra los valores estadísticos de las propiedades morfológicas para los árboles rectos y para los torcidos. Tabla nº2. Valores estadísticos de las propiedades morfológicas de las submuestras. Se presentan los valores medios para cada propiedad, el p-valor y el nivel de significación para el cual existen diferencias significativas según el test W de Mann Whiteney (Wilcoxon). (***) α = 0,01 RECTOS TORCIDOS p-valor (nivel Coef. Coef. Unidad de PROPIEDADES Media (%) 5,55 Elipticidad (índice) Excentricidad (índice) Madera compresión Variación (%) Media 136,33 17,52 5,27 59,89 3,98 85,87 Variación (%) significancia) 66,52 2,95 108 (***) 9,84 81,44 0,0006 (***) 10,06 66,81 6,74 108 (***) Como se puede apreciar el resultado de los análisis de varianza muestran que las propiedades: elipticidad, excentricidad y madera de compresión se ven significativamente afectadas por el factor rectitud del fuste. También se observa que la presencia de madera de compresión en el fuste está íntimamente relacionada con la rectitud. La forma en que esta afecta se debe sin duda a sus particulares características estructurales, ya que se trata de madera con fibras más cortas, con mayor espesor de la pared celular, mayor contenido en lignina y más huecos intercelulares TIMELL (1986), ZOBEL & VAN BUIJTENEN (1989). En lo que a las características morfológicas se refiere, los árboles torcidos presentan diferencias significativas en relación a la excentricidad y elipticidad respecto a los rectos, siendo el valor de estas variables el doble que en los árboles rectos. Estas propiedades están frecuentemente vinculadas a la existencia de madera de compresión VIGNOTE (1996). El análisis de como afecta el porcentaje de superficie de madera de compresión en las propiedades morfológicas del árbol indica que: 1. El nivel de excentricidad es un buen parámetro para estimar el % de madera de compresión en los árboles estudiados. 2. La relación entre la excentricidad y el porcentaje de madera de compresión es distinta según el tipo de árbol (recto o torcido) con mejores resultados para los árboles rectos mediante un ajuste cuadrático tipo y = a + bx + cx2 (r2 = 81,98 %), mientras en los árboles torcidos la tendencia lineal tipo y = a + bx refleja un valor de r2 = 48,8 %. 3. La elipticidad no es un buen estimador del contenido de madera de compresión en el árbol, el coeficiente de correlación es 0,43 y 0,58 para rectos y torcidos respectivamente. Aunque los torcidos tienen un índice de elipticidad superior al de los árboles rectos y a mayor valor de esta variable mayor % de madera de compresión, no se ha encontrado una relación que permita predecir el contenido en madera de compresión del árbol en función de su elipticidad, propiedad por otra parte fácil de medir en el árbol en pie. 4. La forma curva del fuste está significativamente relacionada con el % de madera de compresión como ya había constatado TIMELL (1986), WILSON & WHITE (1986), ZOBEL & VAN BUIJETENEN (1989), en otras especies forestales. Los árboles torcidos analizados presentan un 3,4% más de superficie de madera de compresión que los árboles rectos. Tabla 3. Análisis de la varianza según una regresión polinomial de la madera de compresión en función de la excentricidad. Variable dependiente: supfcom, variable independiente: excentricidad Propiedades físicas y mecánicas. En la tabla 4 se detallan las propiedades físicas y mecánicas cada una de las submuestras rectos y torcidos. Tabla nº4. Valores estadísticos de las propiedades físicas y mecánicas cada una de las submuestras. Se presentan los valores medios para cada propiedad y el nivel de significación para el cual existen diferencias significativas según el test de varianza de Tukey. (n.s. = no significativo) RECTOS TORCIDOS NIVEL Coef. Coef. Unidad PROPIEDADES SIGNIFICAC Media Media 489,30 Variación (%) 13,85 0,03 Densidad 12 % (kg/m3) 478,76 Variación (%) 9,24 Densidad anhidra (kg/m3) 450,21 9,15 458,16 13,96 0,09 Higroscopicidad (kg/m3) 3,05 19,13 3,01 20,44 n.s. Contrac. Volumétrica (%) 11,46 12,72 10,74 18,18 0,0000 Coef. contrac. Volum. (%) 0,27 33,39 0,25 26,12 0,003 Contracción radial (%) 3,93 22,64 3,68 25,88 0,0002 Contracción tangencial (%) 6,81 16,53 6,38 21,65 0,0000 Contracción axial (%) 0,28 95,84 0,40 76,00 0,0000 (índice) 1,91 28,92 2,12 34,87 0,003 Flexión estática (MPa) 87,16 30,03 86,91 39,1 n.s. Modulo de Elasticidad (MPa) 10.137 13,39 9.213 20,91 0,0000 Compresión axial (MPa) 45,45 14,03 48,09 22,33 0,0000 tangencial Dureza Propiedades físicas Se observaque los árboles torcidos son significativamente más densos (0,490 3 gr/cm ) que los rectos densos (0,480 gr/cm3) coincidiendo con TELEWSKI (1989) y ZOBEL (1989). No se han encontrado diferencias significativas entre la madera de los árboles rectos y la de los torcidos respecto a los fenómenos de absorción y desorción de agua, en cambio si existen diferencias sobre los cambios dimensionales de la madera; los árboles torcidos manifiestan una contracción axial 1,4 veces superior a la madera de los árboles rectos, esta propiedad fue recogida por LÓPEZ DE ROMA (1991) para el Pinus Radiata y citada por varios autores como característica habitual de la madera de compresión JIMÉNEZ (1999), TIMELL (1986). Sin embargo las contracciones tangencial y radial son significativamente superiores en los árboles rectos frente a los torcidos. Propiedades mecánicas Los resultados muestran que existen diferencias significativas según el factor rectitud en relación a las propiedades mecánicas estudiadas. Cabe destacar que los árboles torcidos tienen mayor resistencia a compresión axial que los rectos, mayor dureza y menor módulo de elasticidad. La mayor resistencia a compresión es un resultado lógico y previsible conociendo la función estructural que tiene la madera de compresión y el mayor porcentaje de esta madera en los árboles torcidos TELEWSKI (1989). La dureza de los árboles torcidos es 2,12 veces superior a los resultados de los árboles rectos, consecuencia de la mayor densidad que manifiestan los árboles torcidos, efecto debido nuevamente a que presentan mayor porcentaje de madera de compresión TIMELL (1986). La mayor densidad y dureza provocan que la madera sea más quebradiza y por lo tanto menos flexible, como lo muestra el resultado significativamente menor del módulo de elasticidad en la madera de los árboles torcidos frente los rectos. CONCLUSIONES Los resultados obtenidos permiten concluir que la ausencia de rectitud en fustes con aprovechamiento comercial aumenta el riesgo de existencia de madera de compresión, así como de los fenómenos morfológicos de excentricidad y elipticidad. Estas particularidades de la madera en rollo disminuyen el rendimiento en materia prima durante su transformación en las industrias de aserrado y desenrollo y dificultan su aprovechamiento tecnológico. Además, los resultados encuentran una relación significativa entre la ausencia de rectitud y el contenido en madera de compresión en el tronco, esta variable influye significativamente en las propiedades físicas y mecánicas de la madera. La madera de árboles torcidos es más densa y presenta una mayor contracción axial lo que puede ocasionar mayores deformaciones de las tablas durante su mecanizado y secado. Desde el punto de vista mecánico es madera más dura y con mayor resistencia a la compresión axial pero menor módulo de elasticidad. En definitiva la falta de rectitud en las masas de Pinus pinaster contribuye a devaluar la madera, a perdidas en materia prima y una peor calidad del producto. AGRADECIMIENTOS. El presente trabajo se engloba dentro del proyecto CICYT Nº AGF97-0809 titulado: “Rectitud del fuste en Pinus pinaster Ait.; mejora genética y aplicación selvícola”. BIBLIOGRAFIA. FERNANDEZ-GOLFIN, J.I., GUTIERREZ OLIVA, A., BAONZA MERINO, M. V., DIEZ BARRA, M. R.; (1995). Características fisico-mecánicas de las maderas de especies de crecimiento rápido de procedencia española. Investigación Agraria, Sist. Recur. For., Vol 4 (2).: (251-261). GALERA PERAL, R. M.; (1997). Manual de selección de masas productoras de semilla. Evaluación de caracteres. Monografías INIA nº 97. GIL, L., GORDO, J., ALIA, R., PARDOS, J. A.; (1990). Pinus pinaster Aiton en el paisaje vegetal de la Península Ibérica. Ecología nº1. GONZALEZ IGLESIAS, B.; (1999). Estudio de rectitud de fuste y caracterización selvícola de las masas de Pinus pinaster de la región de procedencia de Oña (Burgos). Proyecto Fin de Carrera. E.T.S.II.AA. de Palencia. GONZALO JIMENEZ, J., SANCHEZ FERNANDEZ, P.; (1997). Análisis de calidad de estación en dos regiones de procedencia de Pinus pinaster Aiton.: Oña (Burgos) y Sierra del Teleno (León). II Congreso Forestal Nacional de Irati. Mesa 4.: (315-319). JIMENEZ PERIS, F. J.; (1999). La madera: propiedades básicas. Grupo de Estudios Técnicos. LOPEZ DE ROMA, A., et al.; (1991). Propiedades y tecnología de la madera de pino radiata del país vasco. Monografías INIA nº 80. SIERRA DE GRADO, R., DIEZ BARRA, R., ALIA MIRANDA, R.; (1999). Evaluación de la rectitud del fuste en seis procedencias de Pinus pinaster Ait. Invest. Agrar., Sist. Recur. For., Vol 8 (2).: (263-278) TIMELL, T. E.; (1986). Compresion wood in gymnosperms. Springer-Verlag. Berlin. TELEWSKI, F. W.; (1989) Structure and function of flexure wood in Abies fraseri. Tree fisiology 5: (113-121) UNE 56-528-78. Preparación de probetas para ensayos. AENOR. UNE 56-532-77. Determinación de la Higroscopicidad. AENOR. UNE 56-529-77. Determinación del contenido de humedad por desecación hasta el estado anhidro. AENOR. UNE 56-533-77. Determinación de las contracciones lineal y volumétrica. AENOR. UNE 56-531-77. Determinación del peso específico. AENOR. UNE 56-534-77. Determinación de la dureza. AENOR. UNE 56-537-79. Determinación de la Resistencia a la flexión estática. AENOR. UNE 56-535-77. Determinación de la Resistencia a la compresión axial. AENOR. UNE 56-540-77. Interpretación de los resultados de ensayos fisico-mecánicos. AENOR. VIGNOTE PEÑA, S., JIMENEZ PERIS, J. F.; (1996). Tecnología de la madera. Ministerio de Agricultura Pesca y Alimentación. WILSON, K. & WHITE, D.B. (1986). The anatomy of wood its diversity anda varability. Stobar & Son LTD. London. ZOBEL, B. J., VAN BUIJTENEN, J. P.; (1989). Wood variation. Its causes and Control. Springer-Verlag. Berlin. Fotografía nº 1. Aspecto de los pies de Pinus pinaster en Oña (Burgos) Fotografía nº 2. Rodaja de un pino de clase 5 de rectitud donde se observa; la excentricidad, la elipticidad y en color más oscuro la madera de compresión. Fotografía nº 3. Maquina universal donde se realizaron los ensayos mecánicos.