Artículo

 

Características anatómicas, físico-mecánicas y de maquinado de la madera de mezquite (Prosopis velutina Wooton)

 

Anatomical, physical-mechanical and machining characteristics of the wood of velvet mesquite (Prosopis velutina Wooton)

 

Raúl Rodríguez Anda¹, Alejandra María Ramírez Arango², Hilda Palacios Juárez ¹, Francisco Javier Fuentes Talavera ¹, José Antonio Silva Guzmán¹ y Alma Rosa Saucedo Corona¹

 

¹Departamento de Madera, Celulosa y Papel. Universidad de Guadalajara. Correo-e: rrodrigu@dmcyp.cucei.udg.mx

²Posgrado del Departamento de Madera, Celulosa y Papel. Universidad de Guadalajara.

 

Recibido el 11 de noviembdre de 2014
Aceptado el 12 de enero de 2015.

 

Resumen

Las características anatómicas, físico-mecánicas y de maquinado de la madera de mezquite (Prosopis velutina) fueron determinadas. Se recolectaron en el estado de Sonora cinco trozas de dos metros a partir del tocón. El estudio anatómico se efectuó conforme a lo estipulado por la IAWA. Las propiedades físico-mecánicas se evaluaron de acuerdo a las normas DIN. El maquinado se efectuó de forma manual y para la evaluación de la superficie se tomó como base la norma ASTM D 1666-87. La madera presentó porosidad difusa a semianular. Duramen con abundantes depósitos de color ámbar en vasos, parénquima axial y radial. Longitud y espesor promedio de fibras de 863 µm y 4.3 µm. Parénquima paratraqueal aliforme, confluente de alas anchas. Radios medulares homocelulares. Cristales prismáticos abundantes en cámaras de parénquima axial. Densidad básica de la madera muy alta (0.79 g cm^-3) y con buena estabilidad dimensional. La resistencia a la flexión se clasificó como media (117 N mm^-2), y bajo módulo de elasticidad (11 232 N mm^-2). En resistencia a la compresión longitudinal se clasificó como muy alta (87 N mm^-2), y el módulo de elasticidad bajo (11 915 N mm^-2). La resistencia al impacto es regular (51 kJ m^-2). Al cizallamiento se considera como dura (19 N mm^-2). La dureza Brinell se califica como muy alta (tangencial 72 y radial 73 N mm^-2, longitudinal 96 N mm^-2). Buena respuesta al encolado (Nivel 5; 7 N mm^-2). Su maquinado se califica como bueno, por lo que se deben utilizar herramientas de corte provistas con pastillas de carburo de tungsteno.

Palabras clave: Anatomía de la madera, estabilidad dimensional, maquinado de la madera, propiedades mecánicas, Prosopis velutina Wooton, resistencia de la madera.

 

Abstract

The anatomical, physical-mechanical and machining characteristics of the wood of velvet mezquite (Prosopis velutina) were determined. Five two-meter logs were collected from stumps in the state of Sonora. The anatomical study was carried out in compliance with IAWA. The physical-mechanical properties were evaluated according to the DIN standards. The machining was done manually, and the surface was evaluated according to the norm ASTM D 1666-87. The wood was found to have a diffuse to semi-annular porosity. Heartwood with abundant amber-colored deposits in the vessels and in the axial and radial parenchyma. Average length and thickness of the fibers of 863 µm and 4.3 µm, respectively. Paratracheal winged-aliform parenchyma. Homocellular core radii. Prismatic crystals abound in the chambered axial parenchyma. The basic density of the timber is very high (0.79 g cm^-3) and its dimensional stability is good. Resistance to flexion was classified as medium (117 N mm^-2), and the modulus of elasticity, as low (11 232 N mm^-2). Resistance to longitudinal compression was classified as very high (87 N mm^-2), and the modulus of elasticity, as low (11 915 N mm^-2). Resistance to impact is rated fair (51 kJ m^-2). In the presence of shearing, it is considered to be hard (19 N mm^-2). Its Brinell hardness is rated very high (72 N mm^-2 tangential; 73 N mm^-2 radial and 96 N mm^-2 longitudinal). Its response to gluing is considered to be good (Leve l 5; 7 N mm^-2). Its machining is classified as good, and therefore cutting tools with tungsten carbide valve seats are required.

Key words: Wood anatomy, dimensional stability, machining of the wood, mechanical properties, Prosopis velutina Wooton, wood resistance.

 

Introducción

El recurso forestal mexicano de bosques y selvas tiene una cobertura de 675 564 km², que corresponde a 34.48 % de la superficie del país. El matorral xerófito cubre 578 447.3 km², que representa 29.52 % del área total de la república mexicana (Inegi, 2012). Algunas de las especies de la vegetación xerófita son del género Prosopis, mejor conocidas como mezquite, que pertenecen a la familia Fabaceae, subfamilia Mimosoideae. En los estados de Sonora, San Luis Potosí, Tamaulipas, Guanajuato, Zacatecas, Durango, Coahuila y Nuevo León destacan por su producción forestal de mezquite; con menor importancia se ubican Aguascalientes, Baja California Sur, Chihuahua, Jalisco, Querétaro y Sinaloa (Cervantes, 2005). Prosopis spp. se considera una planta invasiva que puede reducir el hábitat de especies nativas, e incluso causar cambios ecológicos (Mirik y Ansley, 2012). No obstante, en la actualidad se utilizan como plantas para la reforestación por su alta capacidad de adaptación a condiciones de salinidad, sequías y altas temperaturas (Pometti et al., 2009; Bolzón et al., 2010).

El mezquite posee múltiples usos: sus frutos se emplean como forraje y alimento del hombre; la madera como combustible (carbón); con la resina que exuda del tronco se fabrican pegamentos y barnices; mientras que sus flores juegan un papel muy importante en la producción de miel (Rodríguez et al., 2014). En el área de la construcción, la madera se utliza en la edificación de viviendas rurales, pilotes y un numerosos artículos para el hogar: herramientas y juguetes (Carrillo-Parra et al., 2011; Rodríguez et al., 2014). A pesar de ello, su aprovechamiento es un tanto incipiente y empírico, ya que se efectúa con escasa tecnología, lo que ha limitado su potencialidad.

El uso correcto de la madera demanda del conocimiento de sus características, tanto anatómicas como de sus propiedades físico-mecánicas, mediante la aplicación de estándares internacionales que permitan, con base en sus propiedades, determinar las condiciones para su utilización y procesamiento. Es importante conocer las características anatómicas para así inferir posibles comportamientos de la madera bajo diferentes procesos de manejo y transformación; por ejemplo, la presencia o ausencia de tilosis o sustancias extraíbles en los vasos influyen en los tiempos de secado (Fuentes et al., 1996); en la estabilidad dimensional y en la durabilidad natural de la madera, entre otros (Carrillo-Parra et al., 2011). La formación de cristales prismáticos o sílice incide en el desgaste de las herramientas de trabajo y reducción de su tiempo de uso (Darmawan et al., 2012). El desarrollo de hilo entrecruzado impacta directamente en el maquinado y en las calidades de superficie. Las propiedades mecánicas definen el comportamiento y capacidad que tiene la madera para resistir fuerzas externas. Los valores de resistencia mecánica son de suma importancia para aplicaciones tanto en la construcción como en la elaboración de productos sujetos a esfuerzos mecánicos, pues su dimensionamiento estará en función de la resistencia y deformación de la madera.

En México son relativamente escasos los trabajos sobre las propiedades físico-mecánicas y anatómicas del género Prosopis, entre ellos están los realizados por Sotomayor y Villaseñor (2005, 2006) referentes al comportamiento a la flexión en probetas modificadas y el comportamiento viscoelástico de la madera. Por su parte, Carrillo et al. (2011) determinaron la densidad, resistencia y módulo de elasticidad al ensayo de flexión en Prosopis laevigata (Humb. et Bonpl. ex Willd.) M.C.Johnst; Carrillo-Parra et al. (2011) realizaron ensayos de biodeterioro y determinaron la pérdida del módulo de elasticidad dinámico, mediante métodos no destructivos en la misma especie.

Ante lo expuesto, y dado que el género Prosopis tiene poca importancia, desde la perspectiva maderera, el objetivo del presente estudio fue generar información relevante de Prosopis velutina Wooton sobre sus características anatómicas (estructurales), propiedades físico-mecánicos y de maquinado, que sustente su aprovechamiento tecnológico y una adecuada utilización de la madera.

 

Materiales y Métodos

Material de estudio

Las muestras se recolectaron en el ejido San Miguel situado en el poblado de San Miguel de Horcasitas, en el centro del estado de Sonora, 29°29'N y 110°44'O; a una altitud de 400 m; con temperatura media anual de 23 °C y precipitación media anual de 300 mm (Inegi, 2009). Se derribaron cinco árboles de Prosopis velutina, obteniéndose una troza de 2 m de cada árbol a partir del tocón, y rodajas al diámetro altura de pecho (DAP) para los estudios físicos y anatómicos. También se recolectaron muestras de herbario para la identificación taxonómica.

 

Aserrío de trozas

Las trozas se aserraron en un equipo Industrias Mecánicas modelo A21 tablones de 100 x 15 a 30 x 5 cm, con orientación radial. Fueron presecadas por 30 días, en un secador solar elaborado por el Departamento de Madera, Celulosa y Papel perteneciente a la Universidad de Guadalajara, donde alcanzaron un nivel de contenido de humedad (CH) de 20 %. Posteriormente, los tablones se predimensionaron a longitudes de 40 x 4 x 4 cm, y se procedió a secarlos hasta 12 % de CH, en una estufa de vacío de laboratorio Squaroid modelo 3608, a temperatura de 50 °C y presión de vacío de 74 kPa.

 

Estudio anatómico

De cada rodaja cortada del DAP (3 cm espesor) se recortaron cinco especímenes de 1.5 x 1.5 cm de sección transversal, siguiendo el radio medular del centro a la periferia, con un Rockwell Invicta- Euromex E-4210. Estos se ablandaron durante 24 horas, en un vaso de precipitado Pyrex con agua a ebullición para no alterar su estructura. A continuación se realizaron cortes entre 10 y 20 micras de espesor de cada una de las caras anatómicas, en un micrótomo de deslizamiento American Optical modelo 860. Las observaciones se hicieron en un microscopio de campo claro Wild Heerbrugg modelo M-12 83632, con cámara de video acoplada Hitachi KP-D51 color. Para capturar las imágenes de los cortes histolágicos se utilizá el programa Matrox PC-VCR versién 02.10.10. La medicián de los elementos celulares se llevá a cabo mediante ArcView GIS 3.2. La descripcián de la anatomía de la madera se efectuá conforme a lo estipulado por la IAWA (1989).

 

Propiedades fsicas

Se evaluaron de acuerdo a las Normas Alemanas DIN (DIN, 2000). El contenido de humedad, densidad y estabilidad dimensional se determinaron en ejemplares de prueba de 25 x 25 x 10 cm de las rodajas cortadas al DAP, con base en las normas DIN 52 183, DIN 52 182 y DIN 52 184, respectivamente.

Para la estabilidad dimensional de la madera, el material se acondicionó secuencialmente a las humedades relativas del aire de 65, 85, 35 y 0 % en una cámara de acondicionamiento ETS (Electro techsystem) modelo 506ª, a una temperatura de 25 °C.

 

Propiedades mecánicas

Con excepción de la prueba de dureza Brinell se realizaron siguiendo las Normas Alemanas DIN (DIN, 2000). De las piezas predimensionadas (40 x 4 x 4 cm) y secadas en una estufa de vacío de laboratorio Squaroid modelo 3608, se elaboraron los especímenes para los ensayos mecánicos. La evaluación de la madera al ensayo de flexión estática se utilizó la norma DIN 52 186, con muestras de 20 x 20 x 360 mm. En la determinación de resistencia a la compresión longitudinal se aplicó la norma DIN 52 185, con especímenes de 20 x 20 x 60 mm. El ensayo del trabajo a la ruptura por impacto se realizó de acuerdo a DIN 52 189, con materiales de 20 x 20 x 250 mm. La determinación de la resistencia al corte longitudinal radial se efectuó conforme a lo estipulado en DIN 52 187, con muestras de 37 x 37 x 37 mm. El ensayo de dureza se hizo con el método Brinell estipulado en la norma Europea DIN EN 1534 (DIN, 2000), las dimensiones utilizadas fueron de 37 x 37 x 37 mm.

Los ensayos mecánicos se hicieron en una máquina universal Karl Frank modelo 81105, con una capacidad de carga de 50 000 N, y un péndulo de golpe Karl Frank modelo 53580, con capacidad de 300 J.

Ensayos de encolado

La evaluación del encolado se llevó a cabo conforme a DIN EN 205 (DIN, 2003), con materiales de 20 x 10 x 150 mm, para el ensayo de tensión, el adhesivo utilizado fue el pegamento blanco comercial Resistol 850.

Maquinado

El maquinado se efectuó de forma manual, sometiéndose a cortes longitudinales con sierra cinta Industrias Menicas A21 y circular Rocwell Invicta–Euromex modelo 2858; cortes transversales con sierra circular Black & Decker 790; cepillado (Rockwell Invicta–Euromex 8430), barrenado (TE 60116), escopleado y moldurado. En el caso de las superficies de corte se tomó como base la norma ASTM D 1666-87 (ASTM, 2007); así como, la clasificación del maquinado propuesta por Frühwald et al. (1992), cuya clase 1 es muy buena, sin defectos; clase 2, buena, defectos de intensidad mínima; clase 3, satisfactorio, los defectos pueden desaparecer en el siguiente paso de trabajado; clase 4, suficiente, los defectos pueden desaparecer en el siguiente paso de trabajo, pero con mayor aplicación; clase 5, deficiente, defectos graves. Las pruebas fueron llevadas a cabo al momento de elaborar los especímenes de los diferentes ensayos mecánicos, por lo que el maquinado se evaluó de manera continua.

Los cortes longitudinales con sierra cinta se hicieron en un equipo de Industrias Mecánicas modelo A21, con volantes de 112 mm de diámetro y 60 mm de ancho, a 1 740 rpm, de alimentación manual. Se empleó una cinta con dientes de pastillas de carburo de tungsteno de forma plana, alternada con trapecio Lenox Tri-master Carbide Tipped. Los cortes longitudinales con sierra circular se obtuvieron en un equipo Rockwell Invicta a 3 520 rpm de alimentación manual, para ello se empleó un disco de 300 mm de diámetro con 28 dientes de pastillas de carburo de tungsteno Leitz con nomenclatura WK 150-4-GA 069524.

Los cortes transversales se llevaron a cabo en una sierra Black & Decker a 2 850 rpm de desplazamiento manual, con un disco de 300 mm de diámetro, con 60 dientes de pastillas de carburo de tungsteno Leitz con nomenclatura WK 270-2-87 068601. El cepillado se practicó en una canteadora Rockwell Invicta a 4 390 rpm con rodillos de tres navajas de acero, con ángulos de filo de 40° y de alimentación manual.

En el ensayo de barrenado se usó un taladro de columna TE modelo 60116 de 360 rpm, la broca fue para barrenar metal de 30° de ángulo de filo, de 12 mm de diámetro y 100 mm de longitud, que comúnmente se emplean en las carpinterías.

El escopleado se realizó en un router de pedal y de alimentación manual Rockwell Invicta a 18 300 rpm, la broca fue de corte recto, con un par de pastillas de carburo de tungsteno, con ángulos de filo de 40° de 12 mm de diámetro y 35 mm de longitud.

En la ejecución del moldurado se utilizó un router manual Black & Decker a 25 000 rpm, la broca estuvo provista de dos pastillas de carburo de tungsteno a 30° de ángulo de corte de 13 mm de altura y 29 mm de diámetro.

 

Resultados y Discusión

Identificación de la especie

Personal del Herbario del Departamento de Botánica del Centro Universitario de Ciencias Biológicas y Agropecuarias de la Universidad de Guadalajara identificó las muestras botánicas, la especie correspondió a:

Prosopis velutina Wooton

Familia. Fabaceae

Nombres comunes: mezquite (Mx.), velvet mesquite (USA), fluweel prosopis (Sudáfrica).

Presenta hojas bipinnadas, pecioladas, foliolos oblongos y pubescentes con márgenes enteros; las superficies de las hojas muestran tricomas glandulares, unicelulares y cristales de cera, lo que produce una textura aterciopelada al tacto. Las flores forman racimos con forma de espiga, de 5 a 15 cm de largo, con florecillas amarillo-verduzco claras.

Estudio anatómico

En el Cuadro 1 se resumen los resultados de las mediciones de los elementos anatómicos de la madera de Prosopis velutina.

Cuadro 1. Mediciones anatómicas de la madera de Prosopis velutina Wooton.
Table 1. Anatomical measurements of Prosopis velutina Wooton wood.

Porosidad

La madera de Prosopis velutina tuvo porosidad difusa a semianular (Figura 1A). En promedio 11 vasos mm^-2, dispuestos en patrón tangencial, en grupos radiales de dos a cinco, con diámetro promedio de 188 μm. Vasos de madera temprana solitarios, ocasionalmente en racimos (Figura 1B.1). Tal parece que estos tipos de porosidades son característicos del género. Bolzón et al. (2010) observan la misma tendencia en Prosopis nigra Griseb. Por otro lado, León (2008) registra porosidad difusa en Prosopis juliflora (Sw.) DC., y Carrillo-Parra (2007) en P. laevigata. Otros investigadores mencionan como semianular para Prosopis alba Griseb. (Bolzón et al., 2010) y P. laevigata (Palacios et al., 2013). El tipo de porosidad puede asociarse al ambiente donde crecen estas especies. En condiciones de poca precipitación pluvial desarrollan porosidad semianular y en ambientes con mayor precipitación forman porosidad difusa (Carrillo-Parra, 2007; Aguilar-Rodrguez et al., 2001).

Figura 1. Cortes anatómicos de la madera de Prosopis velutina Wooton.
Figure 1. Anatomical cuts of Prosopis velutina Wooton wood.
Hacer clic para agrandar

Por los tipos de porosidad (difusa a semianular) Prosopis spp. ofrece ventajas cuando se aplica un adhesivo o recubrimiento a la madera, puesto que la cantidad del producto es menor, en comparación con una madera de porosidad anular, en la que los vasos son más grandes o abundantes.

Fibras

Fibras con punteaduras simples, muy finas, de longitud, diámetro y espesor de pared celular promedio de 863, 12.8 y 4.3 µm, respectivamente. Clasificadas, conforme a IAWA (1989) como paredes de espesor grueso (Figura 1C.1). Tamarit (1996) señala para P. juliflora un espesor de pared celular de 5 µ. Palacios et al. (2013) y Tamarit (1996) consignan espesores de pared celular de 4 a 5 µm, respectivamente para P. laevigata.

La cantidad total de las fibras presentes en la madera asociada a la longitud, diámetro y espesor de la pared celular influyen directamente en la densidad de la madera (Aguilar-Rodríguez et al., 2001; Carrillo-Parra, 2007), y en las propiedades mecánicas del papel (Tamarit, 1996).

 

Parénquima

Parénquima marginal en bandas discontinuas más delgadas que los radios medulares (Figura 1D. líneas punteadas), frecuentemente con presencia de cristales prismáticos (Figura 1D.1) y vasos de menor diámetro (Figura 1D.2). La demarcación de anillos de crecimiento para el género, con frecuencia se aprecia por la presencia de finas bandas continuas a discontinuas de parénquima marginal (Figura 1A.1).

Parénquima axial, paratraqueal aliforme (Figura 1B.2) y aliforme confluente de alas anchas (Figura 1B.3). Parénquima apotraqueal difuso (Figura 1B.4). El parénquima axial, en general, almacena sustancias nutritivas extraíbles, sales amorfas o cristalinas (Figura 1E.1); segú n su abundancia y posición son un rasgo importante en la caracterización e identificación taxonómica de las maderas; que de igual forma pueden influir en la apariencia o diseño natural de la madera y, por tanto, en su aspecto decorativo (Burguer y Richter, 1991). Su abundancia repercute en un tejido débil que afecta la resistencia final de la madera. En caso de aplicar un recubrimiento, es factible que el gasto se incremente.

Radios

Radios multiseriados homocelulares procumbentes (Figura 1F.1), de ancho y altura promedio 63 µm y 346 µm, respectivamente, con cuatro radios por milímetro, en promedio.

Los radios multiseriados generan puntos débiles en el compuesto madera, debido a que esfuerzos mecánicos tienden a originar fisuras a lo largo de ellos, lo cual influye en la calidad de la madera (Burguer y Richter, 1991). La presencia de abundantes radios medulares poliseriados puede incidir negativamente en las propiedades mecánicas y en la contracción tangencial de la madera (Bárcenas et al., 2002). Aunque, contribuye de manera positiva en sus caracterásticas estéticas.

Sustancias minerales

En varias ocasiones se observan cristales prismáticos en células radiales, pero son muy abundantes en cámaras de parénquima axial (Figura 1F.2) Presencia de cristales en cadenas largas; células cristalíferas septadas; un cristal por célula (Figura 1E.1). Los cristales de oxalato de calcio, según el género, presentan diferentes arreglos (IAWA, 1989); sin embargo en pocos casos esto es un rasgo taxonómico confirmativo (Burguer y Richter, 1991). Para P. velutina son profusos, lo que incide en el desafilado de las herramientas de corte (Darmawan et al., 2012).

Extractos

En duramen hay abundantes depósitos de color ámbar en vasos (Figura 1D.3), parénquima axial y parénquima radial; y menos frecuente en fibras; favorecen una mejor resistencia contra organismos patógenos y la estabilidad dimensional. Cuando son muy abundantes, es factible que saturen los dientes de las herramientas de corte (Burguer y Richter, 1991; Rodríguez et al., 2007).

Propiedades físicas

Densidad

El valor promedio de la densidad básica fue de 0.79 g cm -3 , la densidad con 12 % de CH (densidad normal) de 0.89 g cm^-3 , y densidad anhidra de 0.84 g cm^-3. Conforme a la categorización de Prospect (1997), la madera se clasificó como de densidad muy alta. Carrillo-Parra (2007) cita valores de densidad normal y anhidra de 0.84 y 0.76 g cm^-3, respectivamente para Prosopis laevigata. Vignote (1999) consigna una densidad normal de 0.75 g cm^-3 para Prosopis alba. Sotomayor y Villaseñor (2006) indican un valor de 0.73 g cm^-3 para el género Prosopis. Por su parte, Carrillo et al. (2011) registran la densidad básica para Prosopis laevigata de 0.76 g cm^-3 . Pometti et al. (2009) señalan densidades básicas para Prosopis alba, P. kuntzei Harms, P. nigra y P. ruscifolia de 0.69, 1.11, 0.90 y 0.74 g cm^-3, respectivamente.

La densidad de la madera de P. velutina en el presente trabajo resultó similar a la de P. laevigata y notoriamente diferente a las del resto de las especies citadas. Un posible factor al que se le puede atribuir, y que sucede con otros taxa maderables, es la calidad de sitio del crecimiento de la planta, ya que este incide en su desarrollo y por ende en la densidad de la madera, debido a las condiciones físicas y propiedades químicas del suelo (Kokutse et al., 2004). Otro aspecto relevante es la edad del árbol, lo cual se ha observado en taxa como la teca (Tectona grandis L. f), que muestra una alta variabilidad de la densidad, con respecto a esa variable (Pérez y Kanninen, 2005; Kokutse et al., 2004).

Estabilidad dimensional

En el Cuadro 2 se resumen los valores de contracción y anisotropías que tuvo la madera de mezquite. La contracción normal por secado (β_N), así como la contracción máxima (β_máx) en sus ejes radial y tangencial se consideran muy pequeñas (Prospect, 1997).

Cuadro 2. Índices de contracción de madera de Prosopis velutina Wooton.
Table 2. Contraction indices of Prosopis velutina Wooton wood.

Con respecto a las anisotropías (A), las cuales se relacionan con la estabilidad dimensional de la madera, los valores obtenidos evidencian la buena estabilidad dimensional de la madera de P. velutina conforme a lo propuesto por Silva et al. (2010).

En comparación con otros taxa de Prosopis, Carrillo-Parra (2007) anota una contracción máxima radial y tangencial de 1.8 y 2.6, respectivamente para P. laevigata, valores similares a la contracción máxima radial del presente estudio y muy por debajo, con respecto a la tangencial. Burns et al. (1998) citan 4.7 % de contracción volumétrica para P. glandulosa Torr.; Pometti et al. (2009) determinan valores de contracción volumétrica de 4.8, 5.5, 7.3 y 7.3 para P. alba, P. kuntzei, P. nigra y P. ruscifolia. Perpiñan y Pietrarelli (1992) consignan contracciones volumétricas de 6.3 y 6.9 para P. flexuosa DC. y P. nigra. Los resultados que aquí se documentan para P. velutina se ubican entre P. nigra y P. alba de Pometti et al. (2009). La variabilidad entre especies puede responder al contenido de extractos tales como taninos y compuestos fenólicos que son almacenados, generalmente, en la madera de duramen y que afectan la permeabilidad y estabilidad dimensional (Pizzo et al., 2011; Carrillo-Parra et al., 2011).

Por lo anterior, los bajos valores de P. velutina son indicativos de una buena estabilidad dimensional que la hace apta para trabajos de carpintería exterior, ebanistería, talla y escultura, cubiertas de construcciones navales, instrumentos musicales como flautas, mástiles-diapasones en guitarras eléctricas y acústicas.

Propiedades mecánicas

En el Cuadro 3 se integran los resultados correspondientes a los diferentes ensayos mecánicos de la madera de Prosopis velutina.

Cuadro 3. Resistencia de Prosopis velutina Wooton a los diferentes ensayos mecánicos, y la resistencia a tensión del encolado.
Table 3. Resistance of Prosopis velutina Wooton against the various mechanical tests, and resistance to gluing.

Los valores de resistencia se obtuvieron a un contenido de humedad promedio de 11 %.
Resistance values were estimated for an average humidity content of 11 %.

Módulo de elasticidad a flexión (MOE)

El valor promedio del módulo de elasticidad a flexión fue de 11 232 N mm^-2, clasificado como bajo de acuerdo con Prospect (1997). A pesar de que las trozas recolectadas fueron de la misma procedencia, el coeficiente de variación es ligeramente alto, lo que refleja la variabilidad dentro de la misma troza y entre árboles, que bien puede considerarse propia de las características de crecimiento.

Otros estudios proporcionan MOE de 6 000 N mm^-2 para madera de P. alba (Vignote, 1999), 11 370 N mm^-2 , para P. laevigata (Carrillo et al., 2011). Por su parte Sotomayor y Villaseñor (2006) realizaron ensayos no destructivos en Prosopis sp. y obtuvieron un promedio de 7 040 N mm^-2 ; Sirmah et al., (2008) registran 15 200 N mm^-2 para P. juliflora. De los módulos de elasticidad registrados en la literatura, se aprecia una alta variabilidad entre especies, de ellas los valores de P. laevigata (Carrillo et al., 2011) son los que más concuerdan con P. velutina.

Las propiedades de resistencias y elásticas de la madera se deben tomar en cuenta en el uso práctico, para el diseño de elementos constructivos o bien en la fabricación de muebles, en los que frecuentemente se observan deformaciones (pandeo) de entrepaños de libreros, credenzas, asientos de sillas, sillones y hasta cubiertas de mesas, precisamente por ignorar su comportamiento mecánico.

 

Módulo de ruptura a flexión (MOR)

La resistencia al ensayo de flexión que mostró la madera de mezquite fue de 117 N mm^-2, que la clasifica como media, conforme a Prospect (1997). El coeficiente de variación fue alto, con un amplio intervalo entre el valor mínimo y el má ximo. Esta variación obedece probablemente a la dirección irregular de la fibra, propia del género.

La resistencia a la flexión en especies de Prosopis es muy variada; por ejemplo, Vignote (1999) consigna 63.4 N mm^-2 para P. alba, clasificándolo como pequeño; Carrillo et al. (2011) documentan resistencias promedio de 173 N mm^-2 para P. laevigata. Sotomayor y Villaseñor (2005) mediante ensayos no destructivos para P. juliflora citan promedios 94 N mm^-2. Sirmah et al. (2008) indican valores de 124.1 y 113.7 N mm^-2 para P. juliflora, los cuales son más cercanos a los estimados para P. velutina en la presente investigación.

Módulo de elasticidad a compresión longitudinal

Se clasificó como bajo según la clasificación de Prospect (1997), con 11 915 N mm^-2. Cabe señalar la falta de registros bibliográficos para esta propiedad, en Prosopis.

Módulo de ruptura a compresión longitudinal (MOR)

La resistencia promedio a la compresión longitudinal fue de 87 N mm^-2, muy alta según la clasificación de Prospect (1997) con base en la baja variación de los valores individuales entre trozas y dentro del mismo árbol, el coeficiente de variación se considera normal. El alto valor de la resistencia está relacionado con el espesor de las paredes celulares de las fibras, clasificado como medio a grueso conforme a IAWA (1989), asimismo la abundancia de estas incide de manera importante en su comportamiento a la compresión (Kollmann y Côté, 1968).

Carrillo-Parra (2007) indica resistencias a la compresión longitudinal en P. laevigata de 66 N mm^-2; Vignote (1999) de 48 N mm^-2 para P. alba; Sirmah et al. (2008) de 73 y 62 N mm^-2 en P. laevigata; Pometti et al. (2009) determinan 51, 66, 58 y 47 N mm^-2 en P. alba, P. kuntzei, P. nigra y P. ruscifolia, respectivamente. La resistencia obtenida en el trabajo que aqu se documenta son superiores. Dada su alta resistencia a la compresión, la madera de P. velutina es recomendable para elementos estructurales y pérgolas, entre otros usos.

Impacto

El trabajo de ruptura por impacto resultó de 51 kJ m^-2, clasificado como regular de acuerdo a Prospect (1997). En este tipo de ensayo es muy común determinar coeficientes de variación elevados, en el caso del mezquite fue de 45 %, en gran medida, debido a la dirección de la fibra irregular, asó como al tipo de porosidad, la anular es la más apropiada. En la literatura no hay referencias para otros taxa de mezquite que permitieran hacer un análisis comparativo.

A partir de la resistencia promedio obtenida, la madera de P.velutina reúne las propiedades de DIN 68 340 (DIN, 1989) como calidad "B" para la elaboración de cabos de herramientas sujetos a trabajos de impacto; por ejemplo, martillos, hachas, picos, palas; sin embargo, se tiene que tomar en cuenta el alto coeficiente de variación de los resultados, que constituye un factor importante para su elección, con respecto a la madera de otras especies.

Cizallamiento

Se obtuvieron valores promedio de 19 N mm^-2, dura de acuerdo a Prospect (1997). El coeficiente de variación fue bajo; no obstante que la dirección de fibra irregular suele incidir en la resistencia al cizallamiento.

El comportamiento a cizallamiento de P. velutina coincide con el señalado para otros taxa: 20 N mm^-2, para P. juliflora (Sirmah et al., 2008); 20, 25, 20 y 18 N mm^-2, para P. alba, P. kuntzei, P. nigra y P. ruscifolia, respectivamente (Pometti et al., 2009); y muy diferente en comparación al valor de 40 N mm^-2 citado para P. juliflora (Sotomayor, 2008).

Dureza Brinell

Los promedios de la dureza Brinell en P. velutina fueron de 96 N mm^-2 en la cara transversal; 73 y 72 N mm^-2, en la radial y tangencial, respectivamente; por lo que su dureza es muy alta (Mörath en Lohmann, 1991). Evidentemente, la dureza transversal es mucho mayor que la radial y tangencial, por la relación del esfuerzo con respecto a la disposición de las fibras en la madera.

 

Vignote (1999) consigna una dureza Brinell perpendicular a la fibra de 77 N mm^-2, para P. alba. En el caso de la cara transversal, Carrillo-Parra (2007) anota valores promedio de 74 N mm^-2, en P. laevigata. En P. alba, P. kuntzei, P. nigra y P. ruscifolia se citan durezas de Brinell 50, 112, 62 y 52 N mm^-2, respectivamente, sin especificar la cara anatómica de aplicación de la carga (Pometti et al., 2009).

Por su dureza y estabilidad dimensional P. velutina es una madera apta para la construcción naval, tornería, talla, escultura, cubiertas de cocina, así como para pisos de parquet y duelas de madera sólida y laminada de tráfico pesado.

Desempeño al encolado

Las piezas encoladas de madera de P. velutina presentaron resistencias a tensión promedio de 7 N mm^-2, con superficie de rupturas de 85 %, que la clasifican en nivel 5 (buena respuesta) de acuerdo a DIN EN 205 (DIN, 2003). Se observó un alto coeficiente de variación, probablemente en respuesta a la variación del tamaño de sus vasos, por la porosidad que posee (difusa a semianular); y a la cantidad de depósitos de color ámbar existentes tanto en vasos, como en parénquima axial y radial. En la literatura no hubo referencias de otras especies de mezquite.

También se observó en la línea de encolado una oxidación del pegamento con los extractos contenidos en la madera, ocasionando un oscurecimiento del pegamento (Figura 2), se recomienda evitar o limpiar los escurrimientos fuera del área de encolado al momento de la aplicación del adhesivo, cuando se elaboran manufacturas que requieren de uniones adhesivas.

 
Figura 2. Reacción del pegamento con los extractos de madera en la línea de encolado.
Figure 2. Reaction of the glue to the extracts of the wood on the gluing line.

Maquinado En general, la madera de P. velutina resultó con buen maquinado, solamente en el corte longitudinal con sierra circular, y en el barrenado tuvo la calificación de satisfactoria (Cuadro 4).

Cuadro 4. Maquinado de la madera de Prosopis velutina Wooton.
Table 4. Machining of Prosopis velutina Wooton wood.

En la Figura 3 se ilustran las superficies de corte correspondientes a cada una de las pruebas de maquinado.

Figura 3. A) Corte longitudinal radial con sierra circular. B) Orificio de entrada al barrenado. C) Orificio de salida del barrenado. D) Cepillado en el plano radial. E) y F) Corte transversal con sierra circular. G) Moldurado. H) Escopleado
Figure 3. A) Radial longitudinal cut with a circular saw. B) Bored inlet hole. C) Bored outlet hole. D) Radial planing. E) and F) Cross cut with a circular saw. G) Molding. H) Chiseling.

 

Conclusiones

La madera de Prosopis velutina tiene porosidad difusa a semianular; fibras con paredes gruesas; y longitud promedio de 863 µm; con presencia de cristales prismáticos y abundantes depósitos de color ámbar.

Las propiedades físicas de P. velutina son de muy alta densidad y buena estabilidad dimensional.

Las propiedades mecánicas son de bajo módulo de elasticidad; resistencia a la flexión media, muy alta resistencia a la compresión longitudinal. Trabajo de ruptura por impacto regular, con alta resistencia al cizallamiento y muy alta dureza Brinell.

Por sus propiedades físico mecánicas, la madera de P. velutina es apta para una amplia gama de manufacturas, con usos alternativos a los tradicionales, lo que incrementa el valor agregado de la madera.

Muestra respuesta al encolado clase 5, y el adhesivo (blanco) comercial reacciona con los extraíbles de la madera ocasionando oscurecimiento del pegamento.

Por la presencia de cristales prismáticos en la madera, las herramientas utilizadas para su maquinado deben estar provistas de pastillas de carburo de tungsteno, para evitar su rápido desafilado y ofrecer mejores superficies de corte.

En términos generales, la madera de P. velutina se considera de buen maquinado.

 

Conflicto de intereses

Los autores declaran no tener conflicto de intereses.

Contribución por autor

Raúl Rodríguez Anda: concepción y planeación del documento, gestión de recursos, revisión de resultados experimentales, redacción y corrección del documento; Alejandra María Ramírez Arango: desarrollo experimental de los ensayos de estabilidad de la madera, físico-mecánicos y cálculos de los resultados; Hilda Palacios Juárez: desarrollo de la descripción organoléptica de la madera, cortes anatómicos, medición de elementos celulares, redacción y corrección de documento; Francisco Javier Fuentes Talavera: asesoría y revisión de resultados del trabajo experimental de los ensayos de estabilidad de la madera, redacción y revisión del documento; José Antonio Silva Guzmán: asesoría, revisión de resultados del trabajo experimental de los ensayos físico-mecánicos; Alma Rosa Saucedo Corona: asesoría y revisión del manuscrito.

 

Referencias

Aguilar-Rodríguez, S., L. Abundiz Bonilla y J. Barajas-Morales. 2001. Comparación de la gravedad específica y características anatómicas en especies arbóreas de dos comunidades vegetales de México. Anales del Instituto de Biología, Serie Botánica 72(2): 171-185.         [ Links ]

American Society for Testing and Materials Standards (ASTM). 2007. ASTM D 1666-87. Standard Methods for Conducting Machining Tests of Wood and Wood-Base Materials. Annual Book of ASTM Standarts. Section 4. Construction. Vol. 04. 10. Wood. West Conshohocken, PA, USA. pp. 201-219.         [ Links ]

Bárcenas P., G. M., T. Terrazas S., R. Dávalos S. y J. A. Honorato S. 2002. Efecto del contenido de lignina, extractivos, radios y densidad relativa o básica en las contracciones de cinco especies de madera. In: Memorias del IV Congreso Mexicano de Tecnología de Productos Forestales. 13 al 16 Noviembre. Guadalajara. Jal., México. pp. 33-34.         [ Links ]

Bolzón de M., G. I., S. Nisgoski y M. G. Lomelí­Ramírez. 2010. Anatomía y ultraestructura de la madera de tres especies de Prosopis (Leguminosae-Mimosoideae) del Parque Chaqueño Seco, Argentina. Madera y Bosques 16(4): 21-38.         [ Links ]

Burguer, L. M. and H. G. Richter. 1991. Anatomia da Madeira. Livraria Nobel S. A. São Paulo, Brazil. 154 p.         [ Links ]

Burns, R. M., M. S. Mosquera and J. L. Whitmore (eds.). 1998. Useful Trees of the Tropical Region of North America. North American Forestry Commission. Washington, DC, USA. Publication Num. 3. 291 p.         [ Links ]

Carrillo-Parra, A. 2007. Technological investigation of Prosopis laevigata wood from Northeast Mexico. Dissertation submitted for the degree of Doctor of Philosophy in the Faculty of Forest Sciences and Forest Ecology of de University of Göttingen. Göttingen, Germany. 137 p.         [ Links ]

Carrillo, A., M. Garza, M de J. Nañez, F. Garza, R. Foroughbakhch and S. Sandoval. 2011. Physical and mechanical wood properties of 14 timber species from Northeast Mexico. Annals of Forest Science 68: 675-679.         [ Links ]

Carrillo-Parra, A., F. Hapla, C. Mai y F. Garza-Ocañas. 2011. Durabilidad de la madera de Prosopis laevigata y el efecto de sus extractos en hongos que degradan la madera. Madera y Bosques 17(1): 7-21.         [ Links ]

Cervantes R., M. C. 2005. Plantas de importancia económica en zonas áridas y semiáridas de México. Anais do X Encontro de Geógrafos da América Latina. 20 a 26 de marzo. San Paulo, Brazil. pp. 3388-3407.         [ Links ]

Darmawan, W., I. Rahayu, D. Nandika and R. Marchal. 2012. The importance of extractives and abrasives in wood material on the wearing of cutting tools. BioResources 7(4): 4715-4729.         [ Links ]

Deutsches Institut für Normung (DIN). 1989. DIN 68 340. Stieleaus Holz für Schlagwerkzeuge, Technische Liefer bedingungen. Beuth Verlag GmbH. Berlin, Deutschland. 1 p.         [ Links ]

Deutsches Institut für Normung (DIN). 2000. DIN Taschenbuch 31. Normen über Holz. Beuth Verlag GmbH. Berlin, Deutschland. 597 p.         [ Links ]

Deutsches Institut für Normung (DIN). 2000. DIN EN 1534: 2000-04. Parkett und andere Holzfuβböden - Bestimmung des Eindruck widerstandes (Brinell) - Prüfmethode. Beuth Verlag GmbH. Berlin, Deutschland. 4p.         [ Links ]

Deutsches Institut für Normung (DIN). 2003. DIN EN 205. Holzklebstoffe für nichttragende Anwendungen. Bestimmung der Klebfestigkeit von Längsk lebungen im Zugversuch. Normenausschuss Holzwirtschaft und Möbel (NHM), DIN Deutsches Institut für Normunge. V. Berlin, Deutschland pp. 48-59.         [ Links ]

Fuentes T., F. J., J. A. Silva G. y E. Montes R. 1996. Manual del secado técnico convencional de la madera. Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal., México. 122 p.         [ Links ]

Frühwald, A., R.-D. Peek und M. Schulte. 1992. Nutzung von Kokospal menholzam Beispiel von Nordsulawesi, Indonesien. Mitteilunen der Bundesfor schungsanstalt für Forst- und Holz wirtschaft Hamburg Nr. 171. Kommisionsverlag Buchhandlung Max Wiederdusch. Hamburg, Deutschland. 356 p.         [ Links ]

International Association of Woods Anatomists (IAWA). 1989. List of microscopic features for hardwood identification. IAWA Bulletin 10(3): 219-332.         [ Links ]

Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi). 2009. Prontuario de información geográfica municipal de los Estados Unidos Mexicanos. San Miguel de Horcasitas, Sonora. Clave geoestadística 26056. www3.Inegi.org.mx/sistemas/mexicocifras/datos-geograficos/26/26056.pdf (22 de septiembre de 2014).         [ Links ]

Instituto Nacional de Estadística y Geografía (Inegi). 2012. Anuario de estadísticas por entidad federativa. Instituto Nacional de Estadística y Geografía. Aguascalientes, Aguascalientes, México. 681p.         [ Links ]

Kokutse, A. D., H. Baillères, A. Stokes and K. Kokou. 2004. Proportion and quality of heartwood in Togelese teak (Tectona grandis L.f.). Forest Ecology and Management 189: 37-48.         [ Links ]

Kollmann, F. F. P. and W. A. Cöté Jr. 1968. Principles of wood science and technology I. Solid wood. Springer Verlag. New York, NY, USA. 592 p.         [ Links ]

León H., W. J. 2008. Anatomía de madera en 31 especies de la subfamilia Mimosoideae (Leguminosae) en Venezuela. Revista Colombia Forestal 11: 113-135.         [ Links ]

Lohmann, U. 1991. Holz Handbuch. DRW Verlag Weinbrenner GmbH & Co. Leinfelden-Echterdingen. Stuttgart, Deutschland. 312 p.         [ Links ]

Mirik, M. and R.J. Ansley. 2012. Comparation of ground-measured and image-classified mesquite (Prosopis glandulosa) canopy cover. Rangeland Ecology and Management 65(1): 85-95.         [ Links ]

Palacios J., H., M. G. Lomelí­ R. and J. F. Zamora N. 2013. La estructura interna de la madera: herramienta para manejo y aprovechamiento de los recursos forestales. In: Salcedo P., E., E. Hernández Á., J. A. Vázquez G., T. Escoto G. y N. Díaz E. (eds.). Recursos Forestales en el Occidente de México: Biodiversidad, manejo, producción, aprovechamiento y conservación. Tomo II. Amaya Ediciones S de RL de C.V. Guadalajara, Jal., México. pp. 4-17.         [ Links ]

Pérez, D. and M. Kanninen. 2005. Effect of thinning on steam form and wood characteristics of teak (Tectona grandis) in a humid tropical site in Costa Rica. Silva Fennica 39(2): 217-225.         [ Links ]

Perpiñan, E. y L. Pietrarelli. 1992. Variabilidad de la densidad y contracción volumétrica de la madera de Prosopis. Investigación Agraria, Sistema de Recursos Forestales 1(2): 223-231.         [ Links ]

Pizzo, B., C. L. Pometti, J. P. Charpentier, N. Boizot and B. O. Saidman. 2011. Relationships involving several types of extractives of five native argentine wood species of genera Prosopis and Acacia. Industrial Crops and Products 34: 851-859.         [ Links ]

Pometti, C. l., B. Pizzo, M. Brunetti, N. Macchioni, M. Ewens and B. O. Saidman. 2009. Artentinean native wood species: Physical an mechanical characterization of some Prosopis species and Acacia aroma (Leguminosae; Mimosoideae). Bioresource Techology 100: 1999-2004.         [ Links ]

Prospect. 1997. The wood database. Version 2.1.Oxford Forestry Institute. Oxford, UK. CD-Room.         [ Links ]

Rodríguez, A. R., H. Palacios J. y M. G. Lomelí­ R. 2007. Estructura anatómica de la madera. Ciencia y Desarrollo 33(213): 24-29.         [ Links ]

Rodríguez S., E. N., G. E. Rojo M., B. Ramírez V., R. Martínez R., M. C. Cong H., S. M. Medina Torres y H. H. Piña Ruiz. 2014. Análisis técnico del árbol del mezquite (Prosopis laevigata Humb. & Bonpl ex Willd) en México. Ra Ximhai 10(3): 173-193.         [ Links ]

Silva G., J. A., F. J. Fuentes T., R. Rodríguez A., P. A. Torres A., M. G. Lomelí R., J. Ramos Q., C. Waitkus y H. G. Richter. 2010. Fichas de propiedades tecnológicas y usos de maderas nativas de México e importadas. Universidad de Guadalajara. Guadalajara, Jal., México. 207 p.         [ Links ]

Sirmah, P., F. Muisu, F. Mburu, S. Dumarçay and P. Gérardin. 2008. Evaluation of Prosopis juliflora properties as an alternative to Wood shortage in Kenya. Bois et Forêts des Tropiques 298(4): 25-35.         [ Links ]

Sotomayor C., J. R. y J. M. Villaseñor A. 2005. Comportamiento a la ruptura de probetas modificadas de madera de Prosopis sp. Publicación del Laboratorio de Mecánica de la Madera, Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera. Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo 1(2): 3-9.         [ Links ]

Sotomayor C., J. R. y J. M. Villaseñor A. 2006. Comportamiento viscoelástico de la madera de Prosopis sp. Madera y Bosques 12(2): 3-15.         [ Links ]

Sotomayor C., J.R. 2008. Tabla FITECMA de clasificación de caracterí sticas mecánicas de maderas mexicanas. www.academia.edu/6820211/Tabla_FITECMde_Clasificación_de_Maderas_Mexicanas (22 de septiembre 2014).         [ Links ]

Tamarit, U., J. C. 1996. Determinación de los índices de calidad de pulpa para papel de 132 maderas latifoliadas. Madera y Bosques 2(2): 29-41.         [ Links ]

Vignote P., S. 1999. Algarrobo blanco. Boletín de información técnica No. 199. Asociación de Investigación Técnica de la Industrias de la Madera. Mayo-Junio. Madrid, España. pp. 46-49.         [ Links ]