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