Caracterización de la madera joven de Tectona grandis L. f. plantada en Brasil

Characterization of young wood Tectona grandis L. f. planted in Brazil

Jeimy Blanco Flórez¹, Paulo Fernando Trugilho², José Tarcisio Lima², Paulo Ricardo Gherardi Hein² y José Reinaldo Moreira da Silva²

¹ Programa de Postgrado en Ciencia y Tecnología de la Madera. Departamento de Ciencias Forestales. Universidad Federal de Lavras-MG-Brasil. Estudiante de doctorado. jeicoblanco@hotmail.com

Manuscrito recibido el 15 de octubre de 2012
Aceptado el 2 de octubre de 2013

RESUMEN

La teca (Tectona grandis L. f.) es considerada una de las maderas más valiosas debido a sus excelentes propiedades físicas y estéticas. En Brasil esta especie está siendo ampliamente plantada dada su adaptación a las condiciones climáticas del país y a su corta edad de rotación (20 a 25 años). Un ciclo rápido de crecimiento es factor determinante en la calidad y aptitud final de la madera considerando que se genera una mayor proporción de madera juvenil, en muchos casos con características inferiores a la madera adulta. En este sentido el objetivo de este trabajo fue determinar algunas propiedades físicas y mecánicas de madera joven de Tectona grandis L. f. y compararlas con datos observados en maderas de plantaciones de la especie en otros lugares alrededor del mundo. Fueron determinadas la proporción de albura y duramen, excentricidad de la médula, densidad básica, contracciones dimensionales y propiedades mecánicas. Los resultados mostraron que, aunque se trata de madera joven, las características de la madera de plantaciones de teca en Brasil son semejantes a las maderas de teca adulta provenientes de otros lugares de plantación, fue determinado un alto contenido de duramen, alta estabilidad dimensional y mayor rigidez, comparado con lo encontrado en la literatura para ese nivel de edad, lo cual la hace apta para variedad de usos.

Palabras clave: Densidad básica, madera juvenil, plantaciones, propiedades de la madera, rápido crecimiento.

ABSTRACT

Key words: Wood quality, basic density, wood properties, non mature teakwood, wood technology.

INTRODUCCIÓN

La teca (Tectona grandis L. f.) es la especie de madera tropical más plantada en el mundo. Se estima que 74% del total de las plantaciones de maderas duras (hardwoods) en el mundo son de teca, con aproximadamente una superficie de 5 819 000 ha (FAO, 2009a). Esta especie es cultivada hace más de 150 años en 50 países, dentro y fuera de su área de distribución natural (FAO, 2009b).

La teca ha sido reconocida como una madera de alta calidad debido a sus excelentes propiedades, convirtiéndose en una de las más valiosas del mundo junto al cedro (Cedrela odorata) y la caoba (Swietenia macrophylla). Sus propiedades, principalmente para el duramen, incluyen: combinación de bajo peso específico con resistencia, durabilidad natural, estabilidad dimensional, facilidad de trabajar con herramientas, resistencia a termitas, hongos, químicos, además de su belleza (Bhat, 1998). La madera de teca presenta alta demanda para usos específicos, como construcción y revestimiento de embarcaciones, fabricación de muebles y objetos lujosos.

Los árboles de teca, nativos del sur de Asia, (India, Myanmar, República Democrática Popular de Laos y Tailandia) se han aclimatado en Java (Indonesia), donde probablemente se introdujeron entre 400 y 600 años atrás. También se ha establecido en toda la zona tropical de Asia, en África tropical (Costa de Marfil, Nigeria, Sierra Leona, la República Unida de Tanzania y Togo) y en América Latina y el Caribe (Costa Rica, Colombia, Ecuador, El Salvador, Panamá, Trinidad y Tobago y Venezuela). La teca se ha introducido también en algunas islas de la región del Pacífico (Papúa Nueva Guinea, Fiji y las Islas Salomón) y en el norte de Australia en forma experimental (Pandey y Brown, 2000).

La teca crece en condiciones climáticas de clima monzónico (tropical húmedo y cálido), caracterizado con una estación seca de 3 a 5 meses y una precipitación anual entre 1300 mm y 2500 mm. La temperatura óptima para el desarrollo de la teca se encuentra entre 16 °C y 40 °C (Weaver, 1993).

En Brasil, la teca fue introducida en la región de Cáceres, estado de Mato Grosso, en la década de 1970 y hoy cubre un área plantada total de 65 440 ha (ABRAF, 2011). La teca es plantada actualmente en los estados de Mato Grosso, Amazonas y Acre. Las plantaciones de teca, según la ABRAF (2011), presentan un aumento anual de 11%, aproximadamente, debido a las expectativas de retorno financiero resultado del crecimiento de la demanda en el mercado internacional, además de factores como adaptación a las condiciones climáticas del país, disponibilidad de tierras aptas, alta productividad y crecimiento rápido, considerando una edad de rotación de 20 a 25 años. Con la tendencia de aprovechamiento de árboles con dimensiones comerciales en ciclos cada vez más cortos, existe la posibilidad que la madera sea de menor calidad debido a una mayor cantidad de madera juvenil (madera formada en los primeros años de vida del árbol). Con el propósito de definir el uso racional de la madera, se debe conocer mejor su comportamiento, el cual radica en un conocimiento de sus características intrínsecas, que en razón de su naturaleza biológica posee grandes variaciones, especialmente cuando se considera origen, edad y sitio, entre otras.

OBJETIVO

Este trabajo se realizó con el objetivo de determinar algunas propiedades de madera joven de plantaciones de Tectona grandis L. f. y compararlas con datos obtenidos en maderas de plantaciones de la misma especie en otros lugares alrededor del mundo, evaluando variables dendrométricas, proporción de duramen y albura, excentricidad de la médula, densidad básica, comportamiento dimensional y propiedades mecánicas.

MATERIALES Y MÉTODOS

Muestreo

El material para el desarrollo de este estudio provino de una plantación experimental de Tectona grandis L. f. con 13 años de edad, establecida en el municipio de Vazante, región noroeste del estado de Minas Gerais, Brasil (18°01'37"S y 46°51'21"O). La región se encuentra a una altitud de 630 metros y posee una temperatura media de 21 °C a 24 °C y precipitación media anual de 1400 mm, con clima tropical húmedo, caracterizado por presentar inviernos secos y veranos lluviosos (Macedo et al., 2005).

Fueron utilizados nueve árboles seleccionados al azar en la plantación, se registraron las medidas de las variables dendrométricas consideradas, diámetro a 1,30 m del nivel del suelo (DAP) y altura total (HT), y posteriormente se calculó su volumen, con corteza, sin corteza y el porcentaje de corteza. Enseguida se procedió al muestreo destructivo cortando y seccionando los árboles en trozas de 2,6 m de longitud, que fueron transportadas al laboratorio de Ciencia y Tecnología de la Madera de la Universidad Federal de Lavras, en Lavras (MG) Brasil, para la obtención de las probetas y determinación de las propiedades de la madera (Fig. 1).

Determinación de la proporción de albura, duramen y excentricidad de la médula

Se cortaron discos de 5 cm de espesor, de cada uno de los extremos de las trozas, que fueron pulidos en lijadora de banda P400 y, posteriormente, se tomaron fotografías digitales con resolución de 10 mega pixeles, las imágenes obtenidas de los discos fueron acopladas y calibradas en software Auto CAD. La determinación de la proporción de duramen y albura se realizó macroscópicamente por diferencia de color sobre la imagen y se determinaron las áreas de corteza, albura y duramen. Posteriormente, mediante la fórmula de Smalian, se obtuvieron los volúmenes de albura y duramen para las trozas 1 y 2.

Para la determinación de la excentricidad de la médula se ubicó el centro geométrico de cada disco y se midió la distancia de la médula al centro del mismo. La excentricidad de la médula fue calculada mediante
la ecuación

Donde:

EM = excentricidad de la médula (%)

Lc = distancia entre el centro geométrico y la posición real de la médula (mm)

dm = diámetro medio del disco (mm).

Los discos retirados de los extremos de las trozas fueron transformados en probetas para determinación de la densidad básica utilizando el procedimiento D2395-93 de la norma (ASTM, 1997b). La densidad aparente seca al aire se obtuvo a partir de estabilización a 12% de contenido de humedad de probetas de 2,5 cm x 2,5 cm x 10 cm en cámara climática en condiciones [T = (20 ± 2) °C y HR = (60 ± 5) %], determinando el volumen por medición directa de sus tres dimensiones con calibrador digital de resolución de 0,01 mm y determinación de la masa en balanza digital de 0,01 g de sensibilidad. La densidad ponderada consideró la densidad básica relacionada con el volumen de cada sección.

Para la determinación de las contracciones de la madera, fueron medidas las dimensiones radial, tangencial y longitudinal de probetas de 2,5 cm x 2,5 cm x 10 cm orientadas y libres de defectos, utilizando calibrador digital de resolución de 0,01 mm, en condiciones de saturación, equilibrio (12% de contenido de humedad) y secada al horno, de acuerdo con el procedimiento descrito en la norma D143-94 (ASTM, 1997a). El coeficiente de anisotropía se definió como la relación entre la contracción lineal tangencial y la contracción lineal radial (CT/CR).

Propiedades mecánicas

Se realizaron ensayos mecánicos para la determinación de las siguientes propiedades: 1) Módulo de elasticidad (E, MPa) y Esfuerzo máximo (MPa) en compresión paralela a las fibras; 2) Módulo de Elasticidad (MOE, MPa) y Módulo de Ruptura (MOR, MPa) en Flexión estática y 3) Dureza Janka (kN). Las probetas libres de defectos fueron cortadas de las trozas 1 y 2 y acondicionadas durante 60 días a una temperatura de 20 °C ± 3 °C y una humedad relativa de 65% ± 5%. Fue utilizada la Máquina Universal de Ensayos DL 30000 MF EMIC, con 294,2 kN de capacidad y celdas de carga de 98,97kN para el ensayo de compresión y de 19,61kN para los ensayos de flexión y dureza. Las velocidades de ensayos fueron las siguientes: para compresión paralela 0,3 mm/min, en flexión estática
1,3 mm/min y distancia entre apoyos 360 mm, y para dureza Janka, velocidad de ensayo de 6 mm/min. En la tabla 1 se describen las condiciones y normas con las que se desarrollaron los ensayos.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Variables dendrométricas

En la tabla 2 se muestran los valores de las variables: diámetro a 1,3 m de altura (DBH), volumen con corteza (Vcc), volumen sin corteza (Vsc) y porcentaje de corteza de los árboles de teca evaluados.

En la tabla 2 se observa que el porcentaje de corteza fue de 16,92 % del total del volumen de los árboles de teca. Pérez y Kanninen (2003) encontraron un porcentaje de corteza de 20% para árboles de entre 10 y 15 años de edad, de manera general la tendencia es una disminución de la corteza conforme es mayor la edad de los árboles.

Proporción de albura y duramen y excentricidad de la médula de teca

La proporción media de duramen fue de 51% del volumen sin corteza en las dos primeras trozas de los árboles evaluados. Ese valor se consideró alto para la edad y la procedencia del material, si se compara con madera de teca de plantaciones con edad próxima a 30 años y cuya proporción de duramen se encuentra cercana a 55% (Pérez y Kanninen, 2003). En árboles de teca en Costa Rica, Arce (2001) registró un valor de duramen de 44% para teca de 10 años de edad. Rivero y Moya (2006) determinaron un porcentaje de duramen de 28% para teca de 8 años de edad en Bolivia. Las variaciones en la proporción de duramen determinadas en los diferentes sitios son altamente influenciadas por la edad, ritmo de crecimiento y variaciones climáticas (Bamber y Fukazawa, 1985; Hillis, 1987). Según Pérez y Kanninen (2003), la proporción de duramen aumenta logarítmicamente con la edad como resultado del crecimiento en diámetro. Aspectos silviculturales como definición de la distancia adecuada de plantación pueden resultar en un aumento de la producción de duramen (Kokutse et al., 2004; Arce, 2001; Pérez y Kaninnen, 2003). En este caso, el espaciamiento de plantación y condiciones ambientales entre la plantación objeto de este estudio y la publicada para Costa Rica (Arce, 2001) fueron similares, lo cual reflejó una aproximación entre los valores de duramen para la madera producida en los dos sitios.

La excentricidad de la médula (EM) indica el distanciamiento de la médula con relación al centro geométrico del árbol y se utiliza como una referencia para evaluar el efecto resultante de las tensiones de crecimiento del árbol. El valor medio de EM encontrado en este estudio (9%) fue similar a los encontrados por Ramdoski y Ribaski (2010) en otras especies como Grevillea robusta (8,3%) y Corymbia citriodora (8,5%). Monteiro et al. (2010) encontraron, para Eucalyptus pilularis, valores de EM de 16,7%, para E. urophylla 8,4%; para E. camaldulensis 4,3%, y para E. maculata 7% en árboles de 32 años de edad. Ferreira et al. (2008), evaluando clones de Eucalyptus spp. de dos años de edad, encontraron valores más bajos de EM (2,5 a 4,5%).

Akachuku y Abolarin (1989) determinaron valores de excentricidad de la médula entre 13% y 15% en árboles de teca de 18 años. De manera general, valores de excentricidad altos sugieren presencia de madera de tensión (Ferreira et al., 2008; Simpson y Tenwolde, 1999). El valor encontrado de EM en este estudio fue más bajo que el encontrado en la literatura, lo cual permite afirmar que procesamiento de madera joven de esta especie no puede verse significativamente afectada por excentricidad debida a la formación de madera de tensión, lo cual es claramente observado en especies del género Eucalyptus. Esta condición se relaciona con diversos factores como la inclinación del terreno y efecto del viento, además de factores genéticos. Trozas con valores de EM superiores a 20% favorecen la aparición de defectos durante el procesamiento mecánico (Grosser, 1980; Akachuku y Abolarin, 1989).

Densidad básica y densidad aparente de la madera de teca

La densidad básica se considera una de las propiedades físicas más importantes de la madera, ya que se relaciona directamente con otras propiedades como la resistencia mecánica y la estabilidad dimensional. El valor promedio encontrado en este estudio fue de 0,54 g/cm³, que según la clasificación de la IAWA (1989) e IBAMA (2012), corresponde a la clasificación de una densidad básica media. La densidad de la teca se clasifica como una madera pesada, de 0,50 g/cm³ a 0,6 g/cm³ (FPL, 1974). En la tabla 3 se muestran los valores promedio para las densidades básica, ponderada y aparente al 12% de humedad, determinadas para madera de teca. En la tabla 4 se muestra un cuadro comparativo de valores de densidad básica para maderas de teca plantadas de otras procedencias y edades. El valor de densidad básica encontrado en este estudio es similar al valor promedio encontrado en otros estudios para maderas procedentes de plantaciones con la misma edad, resultado esperado considerando que el valor de la densidad básica tiende a aumentar con la edad del árbol, al mismo tiempo que deben considerarse factores como la formación de madera juvenil, que en el caso de la madera joven de teca es un factor que influencia directamente su comportamiento (Bhat et al., 2001).

Contracciones

En la figura 2 se observa comparativamente el aumento de las contracciones desde la condición verde, pasando por la condición de equilibrio (12% de humedad), hasta el completo secado de la madera.

Los valores encontrados corroboran una de las principales propiedades de la madera de teca que es su estabilidad dimensional, si se compara con otras especies, por ejemplo del género Eucalyptus, cuyas contracciones volumétricas alcanzan valores muy superiores a 12%. Para madera de teca de 17 años en Costa Rica se obtuvieron valores de contracciones radial de 2,2%, tangencial de 3,9% y volumétrica de 6,2%; y de coeficiente de anisotropía de 1,8 (Castro, 2000). En Timor Oriental, Miranda et al. (2011) obtuvieron valores de 3,6%; 5,17% y 7,6% para las contracciones radial, tangencial y volumétrica, respectivamente. Valero et al. (2005) encontraron para teca de 20 años, proveniente del estado de Barinas en Venezuela, valores de 2,48% (CR); 3,37% (CT); 6,18% (CV) y 1,45 de coeficiente de anisotropía. Observando estos valores se puede afirmar que los valores obtenidos en este trabajo para las contracciones de madera de teca fueron bajos considerando la edad joven del material.

Propiedades mecánicas

Valores de Módulo de elasticidad (MOE) y Módulo de rotura (MOR) en flexión estática

El valor medio encontrado para MOE en la teca fue de 13046 MPa, este valor fue superior al encontrado por varios autores, por ejemplo, Bhat y Priya (2004) determinaron un valor de MOE desde 8435 MPa a 13642 MPa para edades de 21 y 65 años, respectivamente. También fue superior al encontrado por Miranda et al. (2011) con un valor de 10 684 MPa para madera de 50 a 70 años de edad en Timor Oriental. En teca de 34 años plantada en Panamá, el valor fue de 14 200 MPa (Posch et al., 2004). En relación con el MOR, el valor encontrado fue similar al encontrado por Bhat y Priya (2004) con valores entre 92 MPa y 133 MPa para madera de 21 a 65 años, respectivamente, e inferior al valor determinado por Miranda et al. (2011) de 141 MPa para teca de 50 a 70 años y de 105 MPa encontrado por Posch et al. (2004) en madera de teca de 34 años en Panamá. De acuerdo con Pérez y Kanninen (2005), varios estudios han demostrado la similitud entre las propiedades mecánicas de la madera joven, de 21 años, y de la de 65 años, lo cual permite un margen para reducir la edad de rotación sin afectar de manera significativa la resistencia de la madera. Ese aspecto fue confirmado en este estudio ya que a pesar de que la madera de teca fue joven su resistencia mecánica fue superior a la determinada en estudios de teca de mayor edad.

Valores de esfuerzo máximo en compresión paralela a las fibras y Módulo de Elasticidad en Compresión (E)

El valor medio encontrado en la teca para la resistencia máxima en compresión paralela a las fibras fue de
47 MPa. Este valor fue menor que los encontrados por Miranda et al. (2011), en teca de 50 a 70 años en Timor Oriental (50 MPa) y por Posch et al. (2004) en madera de 34 años plantada en Panamá con un valor de 50 MPa y más alto que el valor encontrado por Castro (2000), de 34 MPa, en teca de 17 años en Costa Rica. Bhat y Priya (2004), en teca de 21 a 65 años en la India determinaron valores de 45 MPa y 54 MPa, respectivamente. El E en compresión paralela a las fibras fue de 6768 MPa, también se consideró alto y mayor al encontrado por Valero et al. (2005) con un valor de 4413 MPa.

Dureza Janka

El valor medio de dureza encontrado fue de 4,66 kN. Este valor fue ligeramente inferior a los 5,82 kN encontrados por Castro (2000) para madera de teca de 17 años en Costa Rica. Valero et al. (2005) encontraron valores de dureza de 5,9 kN a 6,24 kN en teca de 20 años en Venezuela. Por su parte Posch et al. (2004) determinaron una dureza Brinell de 5,64 kN en teca de 34 años. Es posible sugerir que la dureza de la madera esté afectada por la edad del árbol y consecuentemente por la densidad de la madera considerando que se trata de una madera joven.

CONCLUSIONES

Los resultados mostraron que, aunque se trata de madera joven, las características de la madera plantada en Brasil se asemejan a las de maderas de teca adulta provenientes de otros lugares de plantación y de origen de la especie. Se observó que la plantación de teca presentó un crecimiento similar al de plantaciones de otras regiones, lo cual se reflejó en la magnitud de los valores de las variables dendrométricas. El valor medio de densidad básica (0,54 g/cm³) se encuentra dentro del intervalo encontrado por otros autores en plantaciones de teca en diversas localidades donde esta especie es cultivada. Se resalta que fue determinada una proporción de duramen superior a la media encontrada en la literatura para madera joven. Al mismo tiempo, la teca presentó una médula excéntrica (9%), valor considerado bajo, ya que su efecto causa baja incidencia de defectos durante su procesamiento mecánico. Las contracciones, consideradas bajas, corroboran la aptitud de esta madera independientemente de la edad del árbol para el tipo de usos que requieran una alta estabilidad dimensional. Las propiedades mecánicas fueron consideradas similares a valores citados para madera adulta por otros autores, principalmente en cuanto a la rigidez de la madera (MOE en flexión estática) cuyo valor fue alto considerando la edad del material estudiado.

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Nota

Este documento se debe citar como: Blanco-Flórez, J., P. Fernando-Trugilho, J. Tarcisio-Lima, P.R. Gherardi-Hein y J.R. Moreira da Silva. 2014. Caracterización de la madera joven de Tectona grandis L. f. plantada en Brasil. Madera y Bosques 20(1):11-20.