Algunas características anatómicas y tecnológicas de la madera de 24 especies de Quercus (encinos) de México

Some anatomical and technological characteristics of 24 Quercus wood species (oaks) of Mexico

Carmen de la Paz Pérez-Olvera¹ y Raymundo Dávalos-Sotelo²

¹ Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. División de Ciencias Biológicas y de la Salud. Departamento de Biología. Av. San Rafael Atlixco 186. Col Vicentina, Iztapalapa. AP 55-535. CP 09340. México D.F. Correo electrónico: cppo@xanum.uam.mx

Manuscrito recibido el 5 de septiembre del 2007
Aceptado el 15 de marzo del 2008

RESUMEN

Se presentan las características anatómicas, físicas y mecánicas de la madera de 24 especies de Quercus de la sección Lobatae (encinos rojos) y de la sección Quercus (encinos blancos) recolectadas en varios estados de la República Mexicana. Se muestreó de uno a cinco ejemplares por especie en bosques de pino-encino. Para el estudio anatómico macroscópico se elaboraron tablillas de 12 x 7 x 1 cm y para el microscópico se hicieron laminillas fijas de cortes y de material disociado. Para los estudios físicos y mecánicos se prepararon probetas de diferentes dimensiones de acuerdo con los métodos de prueba de la ASTM. Todo el material se obtuvo en los planos: transversal, tangencial y radial. A los elementos mensurables se les hizo un análisis estadístico univariado y se clasificaron conforme a la media. Los ensayos se hicieron en probetas saturadas (condición verde). Con base en bibliografía se incluyen otras características tecnológicas de la madera. De acuerdo con los resultados obtenidos se sugieren usos.

Palabras clave: Características anatómicas, características físico-mecánicas, madera, México, Quercus.

ABSTRACT

Keywords: Anatomical characteristics, physical-mechanical characteristics, Mexico, Quercus, wood.

INTRODUCCIÓN

En México, entre los recursos forestales maderables más abundantes están los encinos, representados principalmente por las especies de la sección Lobatae o encinos rojos y de la sección Quercus o encinos blancos, distribuidas ampliamente en las zonas montañosas de la República Mexicana (Figura 1); los encinos rojos con 46 especies arbóreas y los encinos blancos con 39 (McVaugh, 1974 y Aguilar et al., 1999). La madera de ambas secciones presenta cualidades distintivas que deben considerarse en su industrialización para evitar desperdicios al hacer mezclas inapropiadas (De la Paz Pérez y Aguilar, 1978 y De la Paz Pérez, 1985).

La distribución de algunas especies es amplia como en el caso de Q. affinis, Q. candicans, Q. castanea, Q. coccolobifolia, Q. crassifolia, Q. laurina, Q. mexicana, Q. sideroxyla, Q. obtusata, Q. resinosa y Q. rugosa, la cual abarca la mayoría de los estados de la República; otras son de distribución restringida como Q. crispipilis, Q. durifolia, Q. eugeniaefolia, Q. ghiesbreghtii, Q. skinneri, Q. uxoris, Q. xalapensis, Q. convallata, Q. excelsa, Q. laeta y Q. potosina. El mayor número de especies se distribuye en el eje Neovolcánico en los estados de Michoacán, Guanajuato, Querétaro, Puebla y Veracruz (Figura 1), en altitudes de (800) 1350 a 2700 (3000) msnm (Martínez, 1985; Rzedowski, 1978 y Zavala, 1995).

El conjunto de las características anatómicas tiene influencia en el comportamiento de la madera, pero en la madera de encino, la anchura y altura de los radios multiseriados, el tipo de porosidad, la abundancia y el grosor de las paredes de las fibras, el diámetro de los poros y tipo y abundancia de los contenidos celulares son los caracteres anatómicos que tienen mayor influencia en sus propiedades (Kollman y Coté Jr., 1968; Jane, 1970; Panshin y de Zeeuw, 1970; Desch, 1974; Wangaard, 1981 y De la Paz Pérez, 1985; 2000). En México se han efectuado un gran número de trabajos sobre los encinos mexicanos, cuyos resultados se presentan de manera resumida en el estudio de De la Paz Pérez (2000), quien indica que para esa fecha se habían estudiado las características anatómicas de 46 especies, en diferentes estados de la República, principalmente Michoacán, Veracruz y Guerrero. Las especies más estudiadas son Q. candicans, Q. castanea y Q. crasssifolia. El número de especies estudiadas en aspectos físicos y mecánicos es menor, pero la mayoría de los autores coincide en que los encinos tienen excelentes características mecánicas, aunque sufren de altas contracciones, las que pueden controlarse con procesos de secado adecuados. Un trabajo más reciente presenta las características anatómicas de ocho especies del estado de Oaxaca (De la Paz Pérez et al., 2006).

En los procesos de transformación deben considerarse cuando menos las características que presentan las especies de cada sección para evitar desperdicios. Una división natural en su industrialización es la separación en blancos y rojos, ya que al mezclarlos, se produce un alto desperdicio de los primeros (Bejar, 1982 y Zavala, 2003), en detrimento del recurso.

El uso adecuado de los recursos naturales, entre ellos el forestal maderable, se traduce en una fuente de riqueza para el país que sepa utilizarlos. La explotación silvícola no debe ni puede estar basada en la tala despiadada ni en las vedas totales, debe explotarse racional e íntegramente, de manera sustentable, en beneficio del sistema ecológico, de los dueños del recurso y de la economía nacional.

Presentar la información de las características anatómicas, físicas y mecánicas de la madera de 24 especies de Quercus: 16 de la sección Lobatae (encinos rojos) y 8 de la sección Quercus (encinos blancos), recolectadas en varios estados de la República Mexicana.

MATERIAL Y MÉTODOS

Las especies se recolectaron en bosques de pino-encino de los estados de: Durango, Jalisco, Michoacán, Guerrero, Chiapas, Puebla y Veracruz; se estudiaron de uno a cinco ejemplares recolectados en diferentes sitios (Anexo 1). De cada árbol se obtuvieron, de base a copa, cuatro trozas de 1,20 m de longitud. De la primera se obtuvo el material para el estudio anatómico y de las otras tres, el material para los ensayos físicos y mecánicos.

De la troza para anatomía, para el estudio microscópico, a la altura de 1,20 m se cortaron dos rodajas de 1 cm de grosor en las que se muestrearon cubos de 1 x 1 x 1 cm. Los cubos se ablandaron en agua destilada a ebullición cinco horas diarias durante ocho días para las especies rojas y durante 12 días para las especies blancas.

De ellos se obtuvieron cortes de 15 a 20 μm de grosor, en los planos transversal, tangencial y radial. Los cortes se tiñeron con verde yodo, se deshidrataron en alcoholes graduados y se montaron con resina sintética de acuerdo con Johansen (1940) y Sandoval (2005).

De los cubos se cortaron pequeñas astillas para hacer preparaciones de material disociado. Las astillas se colocaron en tubos de ensayo agregándoles una solución a partes iguales de ácido acético, ácido láctico, ácido nítrico y glicerina y se flamearon en pequeños intervalos durante 10 horas. El material se tiñó con safranina y se montó con gelatina glicerinada.

A los elementos mensurables se les hizo un análisis estadístico univariado y se clasificaron con base en la media de acuerdo con Chattaway (1932) y IAWA Committee (1937, 1939). Las descripciones microscópicas se hicieron de acuerdo con IAWA Committee (1964, 1989). Para el estudio de los radios también se consideró a Kribs (1968), mientras que para los cristales a Chattaway (1955, 1956). Se incluye el valor de la media para la longitud de los vasos, altura y anchura de los radios y longitud, diámetro y grosor de la pared de las fibras (Tabla 1).

Del resto de la troza se obtuvieron tablillas de 15 x 7 x 1 cm que se utilizaron para describir las características macroscópicas, las cuales se determinaron usando las tablas de clasificación de Tortorelli (1956) y para el color las tablas de Munsell Color (1990). Para cada especie se describió: el color, el olor, el sabor, el brillo, el veteado, la textura, el hilo y la visibilidad de los elementos celulares.

De las trozas restantes se obtuvieron tablones tangenciales y radiales de 0,03 x 0,12 x 1,20 m de las que se elaboraron probetas para los ensayos de contracción y prismas de 0,06 X 0,06 x 1,20 m de los que se manufacturaron las probetas para los ensayos mecánicos. Todos los ensayos se hicieron en probetas saturadas (condición verde) de diferentes tamaños. De cada probeta se obtuvieron muestras para determinar la densidad básica o relativa. Los ensayos se hicieron de acuerdo a la American Society for Testing and Materials (1993) (norma ASTM D-143).

De cada propiedad se hizo un análisis estadístico univariado y los valores se clasificaron con base en los siguientes criterios: las características anatómicas de acuerdo con IAWA(1937, 1939), Chattaway (1932) y Tortorelli (1956); las propiedades físicas de acuerdo con Torelli (1982) y Echenique et al. (1975) y las propiedades mecánicas de acuerdo con Dávalos y Bárcenas (1998) y Dávalos et al. (2001). Los ensayos mecánicos se realizaron en una máquina universal Baldwin (Satec System) de 180 toneladas. Se presenta el valor de la media para los valores físicos de la densidad relativa, contracción volumétrica y coeficiente de anisotropía (Tabla 2) y los valores de la media para los ensayos mecánicos de dureza lateral y extremos, flexión (MOR y MOE), compresión paralela (EMÁX) y perpendicular (ELP) y cortante paralelo a la fibra (EMÁX) (Tabla 3).

Para cada especie se presentan los resultados en forma de fichas que recopilan la información de manera resumida, incluyendo su distribución geográfica y altitudinal en México, los nombres comunes, las características anatómicas, físicas y mecánicas. Se ilustra con un mapa de su distribución en la República, una fotografía del ejemplar de herbario, una de la tablilla tangencial donde se aprecia el color, veteado, textura e hilo, altura y anchura de los radios multiseriados, una del corte transversal a 10x donde se observa el tipo de porosidad, diámetro tangencial de los poros, la anchura y el número de series de los radios multiseriados, la distribución y abundancia del parénquima axial y de las fibras y presencia o ausencia de los contenidos celulares: tílides y cristales; por último, una del corte tangencial a 10x donde se observan las características de los radios uniseriados y de los multiseriados: su abundancia, su anchura, su altura y el número de series, la longitud de los elementos vasculares y la presencia o ausencia de los contenidos celulares.

En el texto del artículo se dan otras características tecnológicas con base en la bibliografía (Kukachka, 1956; Rendle, 1969a, b; 1970; Kollman y Coté Jr., 1968; Jane, 1970; Panshin y de Zeeuw, 1970; Desch, 1974; Dinwoodie, 1975; Wangaard, 1981; Martínez y Martínez-Pinillos, 1996; Martínez-Pinillos y Martínez (1996); Ordóñez et al., 1998; De la Paz Pérez, 2000 y Bárcenas et al., 2007).

RESULTADOS

Características de las especies

Sección Lobatae (Subgénero Erythrobalanus o encinos rojos)

Características de las especies

Sección Quercus (Subgénero Leucobalanus o encinos blancos)

Otras características tecnológicas de la madera de encino

Encinos rojos

La madera de los encinos rojos presenta dificultad en el secado, el cual debe hacerse lentamente para evitar contracciones y rajaduras; tiene durabilidad natural de baja a mediana, pero se impregna fácilmente, a excepción de las especies que forman tílides. Presenta buenas características de maquinado. Ofrece condiciones adecuadas para el clavado y atornillado, tiene propiedades favorables al cepillado, barrenado, escopleado y moldurado y se tornea fácilmente. Soporta la unión entre piezas sin dificultad y el lijado y acabado se realizan sin problemas. Es una madera de excelente resistencia mecánica, con alta resistencia al impacto.

Encinos blancos

La madera de los encinos blancos presenta gran cantidad de cristales romboidales de oxalato de calcio que dificultan su aserrío, más que en los encinos rojos que no presentan estos contenidos. Por las características de los radios multiseriados y por las características de peso y dureza, es una madera que presenta grandes contracciones en su secado, con alta tendencia a rajarse. Su secado debe hacerse lentamente para evitar las rajaduras. El duramen es altamente resistente a la pudrición, más que el de los encinos rojos. Los poros del duramen están llenos de tílides por lo que es muy poco permeable y difícil de impregnar; únicamente las especies que no forman tílides, como Q. resinosa, se impregnan fácilmente. Presenta buenas características de maquinado, pero tiende a rajarse en el clavado. Ofrece condiciones adecuadas para el cepillado y moldurado. Tiene excepcionales propiedades de resistencia mecánica. Es una madera con alta resistencia al impacto.

DISCUSIÓN

Características comunes de las especies del género Quercus

Macroscópicas

Microscópicas

Vasos. La madera presenta porosidad anular o difusa, los poros son solitarios (vasos en corte transversal), poco numerosos, de diámetro tangencial mediano y pared gruesa, en la madera tardía se arreglan en hileras radiales. Los elementos de vaso son de longitud mediana, con placas perforadas simples, de paredes terminales oblicuas y puntuaciones areoladas alternas de forma oval. Las puntuaciones vaso-rayo son simples con arreglo vertical. En las especies que presentan porosidad anular, los poros de la madera temprana son visibles a simple vista, forman una banda de dos a cuatro poros de ancho. Los vasos de la madera temprana son grandes y los de la madera tardía son pequeños. La transición de la madera temprana a la tardía es abrupta.

Traqueidas vasicéntricas. Su presencia es abundante y se arreglan de una a varias capas alrededor de los vasos y mezcladas con el parénquima.

Parénquima. El parénquima es poco visible a simple vista. Es abundante, de varios tipos: paratraqueal escaso, mezclado con traqueidas vasicéntricas, apotraqueal difuso, reticulado y en bandas finas más o menos regulares y marginal. Cuando se presenta porosidad anular, el parénquima es más abundante en la madera tardía.

Radios. El parénquima radial es de dos tipos: radios uniseriados y radios multiseriados, homogéneos, formados de células procumbentes, no estratificados. Los uniseriados no son visibles a simple vista, son numerosos. Los multiseriados son poco numerosos y agregados, separados por fibras. Ambos tipos de radios presentan células parenquimatosas de dos tamaños; en los uniseriados están mezcladas y en los multiseriados las más pequeñas se arreglan cerca de los márgenes o en la parte central del radio.

Fibras. Son de dos tipos: libriforme y fibrotraqueidas, abundantes, de longitud mediana, de pared gruesa y de lumen fino.

Tecnológicas. El coeficiente de anisotropía es muy alto; su resistencia al cortante paralelo a la fibra es de alta a muy alta (resistente a muy resistente).

Características distintivas de las especies del género Quercus

Encinos rojos

Radios. Los unirieriadori de 7 a 19 células de altura, los multirieriadori de 0,7 a 3,0 cm de altura, de 10 a 25 series y de 192 a 482 m de ancho.

Contenidos. Los vasos del duramen generalmente sin tílides o escasas. El parénquima y los radios sin cristales o con escasos cristales de oxalato de calcio de forma romboidal. Las fibras con abundantes taninos.

Encinos blancos

Generales. Su albura es de color blanco a castaño claro o castaño grisáceo, el duramen de castaño claro a castaño oscuro y a castaño grisáceo, de pesada a muy pesada (0,64 a 0,76), sus contracciones son muy altas (19 a 22%) y varía de dura a muy dura (5 740 a 9 450 kg). Las propiedades en flexión son rígidas (MOR: 66,2 a 86,6 MPa); la compresión paralela de resistente a muy resistente (31,2 a 40,9 MPa ). La compresión perpendicular es de resistente a muy resistente (9,1 a 16,0 MPa).

Radios. Los uniseriados de 12 a 19 células de altura, los multiseriados de 1,5 a 5,0 cm de altura, de 12 a 51 series y 235 a 971 m de ancho.

Contenidos. Los vasos del duramen se encuentran ocluidos con abundantes tílides. El parénquima y los radios con abundantes cristales de oxalato de calcio de forma romboidal. Las fibras con taninos.

RECOMENDACIONES

Usos sugeridos

Por las características estéticas que le dan los diferentes tonos de color, el veteado pronunciado, la textura gruesa y la presencia de porosidad anular, es una madera recomendada ampliamente para muebles (principalmente escritorios, mesas, sillas torneadas, gabinetes de cocina), chapa, pisos, pasamanos, bancas, baúles, artículos torneados, artesanías y decoración de interiores en general. La porosidad anular proporciona hermosas superficies en corte tangencial, valiosas en ebanistería y chapa. El color es una de las características más importantes en la industria de la decoración y la madera de los encinos rojos mexicanos presenta una gran variedad de tonalidades de blanco rosáceo hasta rojo intenso. El color varía entre los encinos rojos, debido al suelo y clima. Junto con el color, el veteado (figura), el hilo recto, su dureza, y su alta resistencia al desgarite y su acabado fino hacen a la madera de encino una de las más apropiadas para pisos. El hilo recto determina la facilidad en artículos torneados, tallados y labrados. Por sus cualidades mecánicas, sobre todo su alta resistencia al impacto, se emplea para cabos y mangos de herramientas y puede ser utilizada con ventaja en usos estructurales, por su alta densidad y resistencia a la flexión. Por la facilidad de aceptar tratamientos preservadores, es apropiada para usos en durmientes, pilotes y postes de líneas de transmisión.

Encinos blancos

La información presentada en este trabajo en forma de fichas descriptivas para las diferentes especies, permitirá hacer un mejor uso de su madera. La madera de los encinos blancos debe usarse en situaciones que requieran excepcional resistencia mecánica y alta durabilidad natural, como los usos estructurales en construcciones permanentes expuestas a alto riesgo. Si su secado es exitoso, puede emplearse en decoración de interiores. Por su dureza, alta resistencia al impacto (tenacidad) y durabilidad natural, en durmientes, postes y pilotes para minas, ruedas de vehículos de labranza, implementos agrícolas, tarimas y ataúdes. Por ser impermeable, resistente y durable, se usa en tonelería para añejamiento de licores siempre y cuando presente porosidad anular y la calidad de los taninos imprima un sabor agradable al añejado.

La madera de las diferentes especies que pertenecen a una sección: (Subgéneros Erythrobalanus y Leucobalanus), no puede separarse fácilmente entre ellas usando únicamente sus características anatómicas. Por las características tecnológicas diferentes que presentan las especies de ambas secciones, deben separarse en los procesos de transformación ya que al mezclarse especies de los diferentes grupos, los blancos son los más expuestos a la generación de defectos y por lo tanto se produce un alto desperdicio. Se sugiere agrupar las especies por subgénero y separar las que presentan características problemáticas para su transformación, de acuerdo a los diferentes usos, es decir, separar para su procesamiento, aquellas con valores en los extremos de la distribución estadística, según las tablas de resultados aquí presentadas, por no aplicar para ellas, las técnicas comunes ni tener la maquinaria adecuada para su manejo. Es recomendable que estas últimas no se corten y se dejen en el bosque donde tienen funciones importantes en la conservación del suelo, en el ciclo del agua y la interacción con múltiples organismos.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen la ayuda en la realización de este trabajo de manera muy especial a la excelente taxónoma y gran amiga Biól. María de Lourdes Aguilar Enríquez por su apoyo en la identificación de las especies, al Maestro Jorge Lodigiani y al Biól. Exp. Jesús Rivera su gran colaboración en el procesado del material fotográfico.

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Nota