Cueto Guillermo¹, O´Neill Hugo², Rachid Cecilia³, Ohta Sadaaki², Resquin Fernando³

¹Farm & Forestry Management Services (FMS). Cartagena 1557, 11500, Montevideo, Uruguay. Correo electrónico: guillec77@hotmail.com

² Laboratorio Tecnológico del Uruguay (LATU). Avenida Italia 6201, 11500, Montevideo, Uruguay.

Recibido: 2/9/12 Aceptado: 4/3/13

Resumen

El presente trabajo está enfocado en Eucalyptus grandis, principal especie del género plantada en Uruguay para obtener madera sólida. El objetivo del mismo es evaluar la incidencia de la intensidad del raleo sobre el módulo de elasticidad (MOE) y el módulo de rotura (MOR). El monte seleccionado se ubica en el departamento de Tacuarembó y fue plantado sobre suelo arenoso en el año 1989, con semilla proveniente de Bañando de Medina (Uruguay). El ensayo fue diseñado con parcelas al azar, con dos repeticiones y tres tratamientos: A) raleo fuerte con 272 árboles /ha remanentes, B) raleo medio con 352 árboles/ha remanentes y C) sin raleo, con 1280 árboles /ha. El raleo fue realizado en el año 1994, cuando el monte tenía cinco años y las evaluaciones se efectuaron cuanto el monte alcanzó los 19 años de edad. De cada tratamiento se seleccionaron los 10 individuos promedio de diámetro a la altura del pecho (DAP) para obtener las tablas y probetas libres de defecto a ensayar. Las variables analizadas fueron el MOE y el MOR de tablas con dimensiones comerciales y probetas libres de defectos. No se observaron diferencias significativas en las variables analizadas.

Summary

Thinning Influence on the Modulus of Elasticity and Rupture in Eucalyptus grandis

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This article is focused on Eucalyptus grandis - main species of the genus planted in Uruguay for solid wood. The objective is to evaluate the impact of the intensity of thinning on modulus of elasticity (MOE) and modulus of rupture (MOR). The plantation analyzed is located in the department of Tacuarembó, and was planted on sandy soil in 1989, with seed from Bañado de Medina (Uruguay). The trial was designed with random plots with two replications and three treatments: A) intense thinning with 272 remaining trees / ha, B) medium thinning with 352 remaining trees / ha and C) un-thinned with 1280 remaining trees / ha. Thinning was conducted in 1994, when the forest was five years old, and assessments were made when the plantation was 19. From each treatment 10 individual trees were selected, with average diameter at breast height (DBH) in order to obtain defect-free specimens to be tested. The variables studied were the MOE and MOR of boards with commercial dimensions and defect-free specimens. There were no significant differences between treatments.

Key words: THINNING, WOOD PROPERTIES, EUCALYPTUS GRANDIS

Introducción

Sin embargo, para el género Eucalyptus, poco se conoce sobre la influencia del raleo citada sobre las características mecánicas de la madera, las cuales tienen gran importancia por determinar la calidad del material para usos estructurales. El módulo de elasticidad (MOE) y el módulo de rotura (MOR) son dos parámetros normalmente evaluados en los ensayos de flexión estática, siendo el módulo de elasticidad de mayor importancia para la caracterización tecnológica de la madera, pues representa la resistencia del material sometido a una fuerza aplicada perpendicularmente al eje longitudinal de la madera (Lima y García, 2005). Según Silva (2003), el MOE indica resistencia y capacidad de deformación, permitiendo calificar de esta forma la madera para fines estructurales.

Warren et al. (2009) observaron una relación entre densidad de árboles y MOE, obteniendo valores superiores de MOE (de árboles en pie) a mayores densidades de plantación comparando poblaciones de 714 vs. 1250 para E. cloeziana, E. pilularis y E. dunnii de seis años. También comprobaron que las densidades mayores a 1250 árboles no presentaron diferencias significativas respecto a esta característica. Cruz et al. (2003), estudiando la flexión estática y la compresión paralela al grano en trozas de 10 clones de híbridos de eucalipto, verificaron que existen diferencias estadísticas entre clones, obteniendo de modo general, valores mayores en las trozas superiores.

Para el caso de coníferas, los antecedentes muestran tendencias más claras. Laserre et al. (2004) observaron que para densidades de plantación de 833 árboles/ha, los valores de MOE fueron menores que para densidades de 2500 árboles/ha para Pinus radiata de 11 años. Las mismas tendencias fueron observadas para Picea sitchensis y Tsuga heterophylla entre 38 y 70 años de edad (Wang et al., 2001) y Criptomeria japonica de 41 años (Wang y Ko, 1998). Por otro lado, Grabianowski et al. (2004) no obtuvieron diferencias significativas para MOE entre una población de 27 años de Pinus radiata raleada (100 árboles/ha) y otra sin raleo (625 árboles/ha). Sin embargo comprobaron diferencias respecto a parcelas con exposición a los vientos predominantes, presentando mayor MOE aquellas parcelas menos expuestas independientemente de su densidad.

A nivel nacional se ha estudiado la variación de las propiedades físico mecánicas, en sentido radial y axial en diferentes zonas del país, pero no se ha analizado cómo aquellas pueden ser afectadas por las medidas silviculturales. El objetivo de este trabajo es evaluar la incidencia de la intensidad del raleo sobre el MOE y el MOR.

Materiales y métodos

El monte seleccionado para este estudio fue plantado en octubre de 1989, sobre suelo arenoso (CONEAT 7.32). Es un rodal de Eucalyptus grandis con semilla proveniente de Bañado de Medina y se encuentra ubicado en el departamento de Tacuarembó (Cuadro 1).

El diseño experimental del ensayo fue un diseño de parcelas al azar y está compuesto por tres tratamientos, con dos repeticiones, siendo estos tratamientos: raleo fuerte, raleo medio y sin raleo o testigo. Las características del ensayo se describen en el Cuadro 2.

Una vez apeados los 10 árboles de DAP promedio por tratamiento, se procedió a confeccionar, dentro de las 24 horas inmediatas al corte, las tablas de dimensiones comerciales (50 mm de espesor, 150 mm ancho y 3200 mm de largo) de la segunda troza. Las tablas obtenidas fueron clasificadas en tres categorías, según las diferentes ubicaciones del radio A, B y C (Figura 1). En total se obtuvieron las 30 tablas de los tratamientos con raleo y 18 tablas del tratamiento testigo, para las cálculos de densidad, MOE y MOR.

Las tablas fueron acondicionadas y secadas a la intemperie hasta llegar al 14% de humedad. Luego se llevaron a dimensiones finales de dos tipos: tablas medianas 35,5 mm x 84 mm x 1500 mm y tablas grandes 45,5 mm x 154,7 mm x 2600 mm para su posterior ensayo.

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Determinación del MOE y del MOR en ensayo de flexión sobre tablas

El módulo de elasticidad y de rotura fueron determinados en la máquina universal marca Minebea, modelo AL– 250 kNB. Las piezas fueron sometidas a un esfuerzo de flexión de cuatro puntos, como se muestra en la Figura 2. La carga se realizó sobre el canto con menor cantidad de defectos; dejando en el canto inferior sometido a esfuerzo de tensión aquellos defectos como nudos, bolsas de quino, etc., obteniendo de esta forma el valor de MOR más crítico de las vigas ensayadas.

El ensayo se realizó según la norma ASTM (American Society for Testing and Materials) (ASTM, 1998) D 198. Las condiciones de ensayo para el cálculo del MOR fueron las siguientes:

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• Celda de carga de 250 kN

• Aplicación de carga sobre el canto de la tabla

• Velocidad de ensayo constante de 20 mm/min

Para el cálculo de desplazamiento se utilizó un extensómetro digital conectado a un amplificador y este al PC de la máquina universal.

Para las tablas grandes

• Distancia entre apoyos de 2600 mm (span)

Para las tablas medianas

Dos puntos de aplicación de carga a 500 mm

• Distancia entre apoyos de 1500 mm (span)

El MOE y el MOR fueron determinados mediante el mismo ensayo de flexión estática. Los cálculos fueron obtenidos en forma automática por el software de la Máquina Universal. Una vez finalizado el ensayo se verificados los valores, utilizando las siguientes fórmulas:

Donde:

ΔP: Diferencia entre las cargas en los extremos de la zona proporcional.

L₀: Distancia entre apoyos inferiores (span)

L₁: Distancia entre apoyos superiores de carga

I : Momento de inercia

Donde:

I : Momento de inercia

b : Ancho de la tabla

h : Altura de la tabla

Donde:

P: Carga máxima

l: Distancia entre apoyos inferiores (span)

a: Distancia desde el apoyo inferior al punto de carga superior más próximo

b: Ancho de la tabla

h: Altura de la tabla

Determinación del MOE y del MOR en pequeñas probetas libres de defectos

A partir de las tablas ensayadas en flexión estática, se confeccionaron pequeñas probetas libres de defectos. En total se obtuvieron 30 probetas de los tratamientos con raleo y 17 tablas del tratamiento testigo, para las cálculos de densidad, MOE y MOR., las que fueron acondicionadas en cámara climatizada en las condiciones de 20 °C de temperatura y de 65% de humedad relativa, para lograr una humedad de equilibrio en las mismas del orden del 12%.

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El ensayo de flexión estática se realizó sobre probetas de 25 x 25 x 400 mm, en la Máquina Universal de Ensayos, marca Minebea KN 50 utilizando una celda de carga de 50 kN de capacidad, ejerciendo la carga en la cara radial y en el centro de la probeta (Figura 3).

Para el ensayo se utilizaron las normas JIS (Japan Industrial Standard) Z 2101–1994 (JIS, 1994a) y JIS Z 2113-63 «Method of Bending Test for Wood» (JIS, 1994b).

Las condiciones del ensayo fueron:

• Aplicación de carga en dirección tangencial (cara radial)

• Velocidad constante de 3 mm/min

• Celda de carga 50 kN

• Distancia entre apoyos de 350 mm (span)

Se utilizó un extensómetro digital (en la línea neutra para medir el desplazamiento) conectado a un amplificador y este al PC de la máquina universal para determinar MOE.

Donde:

ΔP : Diferencia entre las cargas en los extremos de la zona proporcional

l: Distancia entre apoyos inferiores (span)

b: Ancho de la probeta

h: Altura de la probeta

Donde:

P: Carga máxima

l: Span

b: Ancho de la probeta

h: Altura de la probeta

Análisis estadístico

El modelo estadístico utilizado fue:

Y ij= µ + α i + ε ij + δijk + γ ijkl

i = 1,2,3 (tratamientos)

j = 1,2 (repeticiones)

Donde:

Y ij: variable de respuesta evaluada en el i-ésimo trata- miento y la j-ésima repetición

µ : media general

α i: efecto del i-ésimo tratamiento

ε ij: error asociado al i-ésimo tratamiento y j-ésima repetición

δ ijk: error de submuestreo

γ ijkl : error de la probeta dentro de la troza

Resultados y discusión

Los valores de MOE y MOR encontrados en este estudio, son similares a los encontrados por Gonçalves et al. (2009) (Cuadros 4 y 5).

Pérez del Castillo y Venturino (2003), encontraron un valor promedio de MOR de 54 MPa para E. grandis en la zona de Río Negro (18 años) y 53 MPa para la zona de Rivera (16 años), origen Bañado de Medina. O’Neill et al. (2004), obtuvieron un valor promedio de MOE de11609 MPa para tablas de tamaño comercial y de 11584 MPa para pequeñas probetas, considerando el promedio de la segunda troza. En el mismo trabajo, obtuvieron un valor para MOR promedio de 49 MPa para tablas, y 81,4 MPa para probetas, en la misma especie y origen considerando el promedio de la segunda troza. En un estudio similar realizado por O’Neill et al. (2006) para E. grandis de la zona centro del Uruguay, los autores encontraron un valor promedio de MOE de 11588 MPa para tablas de tamaño comercial y de 13266 MPa para pequeñas probetas, considerando el promedio de la segunda troza. En el mismo trabajo para MOR en tablas y probetas en la misma especie y origen obtuvieron un valor promedio de 42,7 MPa para tablas, y 84 MPa para probetas, considerando el promedio de la segunda troza.

El análisis de varianza no detectó diferencias significativas entre tratamientos respecto a MOE y MOR, considerando el promedio de las tablas por tratamiento y la ubicación de las mismas. Esto indica que el raleo no tuvo un efecto significativo en el promedio de las tablas, para las propiedades mecánicas ensayadas. Si bien los antecedentes observados para el género son contradictorios entre sí respecto a la influencia de la densidad poblacional sobre el MOE (Warren et al., 2009), los mismos son basados en observaciones realizadas a edades tempranas y medias de la plantación. Estudios realizados por Harris (2007) sugieren que la densidad básica de los árboles dominantes provenientes de plantaciones con densidades poblacionales contrastantes no fue significativa, sin embargo hubo diferencias entre los árboles suprimidos y dominantes independientemente de su densidad de plantación.

Tomando en cuenta la caracterización de madera realizada por el LATU en base al JAS (Japan Agricultural Standard) un 97,5% de las tablas ensayadas superarían el límite de 7850 MPa de MOE (límite superior de la categoría E70) ubicándolas dentro de la categoría E90 o superior. Esta categorización hace que un 97,5% de las tablas o vigas sean aptas para el uso estructural en la construcción.

Conclusiones

No se encontraron diferencias significativas entre tratamientos con respecto a MOE y MOR, considerando el promedio de las tablas por tratamiento. Esto indica que el raleo no tuvo un efecto significativo en el promedio de las tablas para las propiedades mecánicas ensayadas (considerando un cinco por ciento de error). Las intervenciones (raleos) realizadas al rodal no influyeron sobre el MOE y MOR medido en probetas libres de defectos. Es necesario complementar este estudio considerando aspectos fisiológicos y las posibles consecuencias sobre los rasgos anatómicos de la madera teniendo en cuenta un rango más amplio de edades.

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