Logging and industrialization of two Gmelina arborea plantations with different degrees of slopes

Juliana Espinoza-Durán; Roger Moya*

Escuela de Ingeniería Forestal, Instituto Tecnológico de Costa Rica. Cartago, Costa Rica. Apartado Postal 159-7050. Correo-e: rmoya@itcr.ac.cr Tel: 50625502433. (*Autor para correspondencia).

Recibido: 21 de septiembre de 2011 ]]> Aceptado: 20 de mayo de 2013

RESUMEN

El objetivo principal de este trabajo fue determinar los rendimientos en aprovechamiento e industrialización de dos plantaciones de Gmelina arborea de 15 años de edad sin manejo, en dos grados de pendientes: 30 y 60%. Los árboles presentaban un diámetro promedio a la altura del pecho (DAP) de 31.23 cm y una altura total de 14.87 m. Se obtuvieron en promedio tres trozas por árbol. Del volumen total en pie, únicamente el 22% es aprovechable como producto final para la venta en mercado. El desperdicio en la plantación fue de 42.57%; al trocear el árbol se desperdicia el 14.43%; al producir el semi-bloque en el aserrío primario se desperdicia el 26.27% y al obtener las tablas comerciales se desperdicia el 22.10%. El rendimiento de la troza fue de 53.22% en madera aserrada en semi-semi-bloque y de 45.88% en madera aserrada en tablas.

Palabras clave: Calidad de madera aserrada, rendimientos de producción, plantaciones forestales, Costa Rica.

ABSTRACT

The main objective of this study was to determine the logging and industrialization of two 15 years-old Gmelina arborea un-managed plantations with two different slopes: 30% and 60%. Trees had an average diameter at breast height (DBH) of 31.23 cm and a total height of 14.87 m. Three logs per tree were extracted. Only 22% of total standing volume in the plantation is usable as end product for market sale. The non-sawlog (waste) was 42.57 in standing tree (42.57%), to extract log from tree filled (14.43%), to saw in central block (26.27%) and commercial lumber (22.10%). The lumber recovery was 53.22% in extracting a central block from logs and final lumber recovery in commercial lumber was 45.88%.

Keywords: Sawn lumber quality, lumber recovery, forest plantations, Costa Rica.

El retorno económico, a mediano y a largo plazos, exige rentabilidad y producción a la actividad de la reforestación. Con el incremento de los costos de la madera aserrada, la reforestación requiere ser más competitiva en las etapas de aprovechamiento y transformación de la materia prima, para asegurar la calidad de la madera y mejorar los coeficientes de aprovechamiento y rentabilidad del proceso (Zavala & Hernández, 2000).

La operación de aprovechamiento debe adaptarse a las condiciones del sitio, la edad o tamaño de los individuos, la fisonomía de la especie y el método de extracción, entre otros (Dykstra & Heinrich, 1996). En este sentido, el aserrío de trozas con diámetros pequeños presenta condiciones diferentes al de trozas con grandes dimensiones (Moya, 2004). En países como Costa Rica, que cuenta con poca área dedicada a las plantaciones forestales, se han desarrollado equipos y métodos para el aserrío adaptados a dicha condición (Moya, 2004). No obstante, se conoce poco sobre el aprovechamiento de las especies, principalmente para cuantificar la madera aserrada que llega al mercado, considerando las etapas de aprovechamiento, troceo, aserrío y saneos dentro del aserradero.

El presente trabajo tuvo como objetivo evaluar el rendimiento en producto final de dos plantaciones de Gmelina arborea de 15 años creciendo en diferente pendiente. En la evaluación se consideró el volumen comercial en la plantación, etapa de troceo, aserrío en semi-bloque, hasta el producto final para su venta en el mercado. En la operación de aprovechamiento, los rendimientos fueron determinados para diferentes rangos de diámetro y longitud de trozas, y en el proceso de aserrío, para longitud, ancho y espesor de la madera aserrada.

MATERIALES Y MÉTODOS

Ubicación y descripción del área de estudio

Se seleccionaron dos plantaciones ubicadas en el distrito tercero San Juan de Mata, Cantón Decimosexto Turrubares de la provincia de San José, Costa Rica, entre las coordenadas 4° 19' 59" N y 89° 47' 34'' O. Anteriormente, los sitios eran utilizados para la ganadería extensiva, lo que causó erosión de los suelos y disminución de las aguas.

Características de las plantaciones de G. arborea

Los árboles fueron plantados a una distancia de 3 x 3 m (1,111 árb·ha^-1). El estudio se llevó a cabo en 2011, cuando los árboles tenían una edad de 15 años. A pesar de que a esta edad la densidad de plantación es baja, no fueron realizados los raleos, las podas y los chapeos, por lo que la densidad se obtuvo por la muerte natural de los árboles durante los 15 años. Las plantaciones fueron seleccionadas con dos tipos de pendientes: 30 y 60%. En el Cuadro 1 se muestra el detalle de las condiciones silviculturales.

En cada lote dependiente se seleccionaron al azar cuatro subparcelas de 250 m² (10 x 25 m). Los árboles de las subparcelas se cortaron en su totalidad. Antes del corte se estimó el volumen en pie (m³) de cada árbol, a través de la medición del diámetro a la altura del pecho (DAP), la altura comercial y la altura total. El volumen total se determinó con la siguiente ecuación desarrollada por Akinnifesi y Akinsanmi (1995), utilizando un diámetro mínimo de 7 cm:

Volumen total sin corteza
(m³) = 0.1412 + 0.00087586* d² + 0.1* h

Donde:

d = Diámetro (m)

h = Altura (m)

El volumen comercial en pie se calculó con la ecuación de Burbano (1997) para las plantaciones de Costa Rica y se utilizó un diámetro mínimo de 10 cm:

Volumen comercial con corteza

(m³) = e^{11.6424 + 2.2444 Ln (DAP) + 1.1249* Ln(h)}

DAP = Diámetro a la altura del pecho (m)

h = altura (m)

Una vez realizada la corta, los árboles fueron troceados a diferentes longitudes comerciales y se clasificaron por diámetro y longitud (Cuadro 1). El volumen de cada troza se calculó con la siguiente ecuación (Burbano, 1997):

Aserrío

Las trozas fueron aserradas utilizando un aserradero portátil (Woodmizer LT15, Estados Unidos). El patrón de corte utilizado se realizó en dos etapas. En la primera se obtuvo un semi-semi-bloque con las máximas dimensiones posibles, eliminando las costillas y quedando libre de gambas, protuberancias o daños. En la segunda etapa del aserrío, el semi-semi-bloque se reaserró en tablas con el máximo ancho posible, iniciando los cortes con espesores de menores dimensiones, especialmente madera de 12 mm, para luego concentrarse en la obtención de tablas de 25 mm y dejando la parte central del semi-semi-bloque en tablas de espesores de 32 a 45 mm. El volumen de madera aserrada fue determinado en dos periodos diferentes; la primera medición fue en el momento de obtener los semi-bloques, que variaron de 13 a 53 cm, y la segunda medición se hizo cuando la madera estaba lista para comercializarse. En ambos casos, el volumen fue calculado utilizando el ancho, espesor y longitud de la tabla o del semi-semi-bloque mediante la siguiente ecuación:

Finalmente, en el Cuadro 2 se muestra la clasificación de la madera aserrada por espesores, anchos y longitudes comerciales utilizados en Costa Rica.

Determinación de rendimientos

Análisis de los datos

La distribución de las trozas por longitud y diámetro y la distribución de las tablas por longitud, ancho y espesor fueron analizadas determinando en cada una de ellas sus porcentajes respecto de la cantidad de trozas o tablas totales.

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Evaluación cuantitativa del aprovechamiento de G. arborea

En el Cuadro 3 se muestra la evaluación cuantitativa del aprovechamiento de G. arborea. El volumen total en pie fue en promedio 222.95 m³·ha¹ para las dos pendientes. La Figura 1 muestra las diferentes etapas del aprovechamiento de G. arborea. Es notable que la cuantificación del volumen comercial en pie disminuye en relación con el volumen total a un promedio de 128 m³·ha¹ que equivale al 57.25%. Al realizar el troceo de los árboles, el volumen nuevamente disminuye de forma similar en ambas pendientes, teniendo una disminución al 49.08%. Con respecto a los dos tipos de pendiente, se tiene que en la pendiente de 60% hubo una pérdida mayor de volumen al trocear el árbol. Dicho resultado se debió a que al aumentar la pendiente se desarrolla un árbol de menor calidad en cuanto a su forma y, por tanto, al trocearlo es necesario eliminar las partes torcidas.

En algunos estudios de Costa Rica se reportan volúmenes de la madera en pie más bajos que los presentados en las dos plantaciones estudiadas. Por ejemplo, en una plantación de 12 años de edad se reporta un volumen total de 149.09 m³·ha¹ (Ladrach, 2004; Moya, 2004); en plantaciones con turno de cosecha de 10 a 12 años de edad, el volumen en pie varió de 125 a 275 m³·ha¹(Cámara Costarricense Forestal [CCF], 2001), y para plantaciones de 7.5 años de edad, con árboles clonados, se reporta un volumen total de 100-150 m³·ha¹ (Hamilton, Chandler, Brodie, & Cornelius, 1998). Dichos volúmenes son inferiores a 205.81 y 240.08 m³·ha¹encontrados en el presente estudio para las pendientes de 30 y 60%, respectivamente.

Evaluación de la cantidad de trozas de G. arborea por diámetros y longitud

En promedio se obtuvo un total de 790 trozas·ha¹con longitudes que variaron de 1.68 a 3.36 m (longitudes comerciales de Costa Rica). La pendiente de 60% produjo 40 trozas·ha¹ más que el sitio con pendiente de 30%. La mayor cantidad de trozas, en promedio, se produjo en el rango diamétrico de 20-25 cm con 37% del total, seguido del rango de 25-30 cm con 31% del total de trozas. La categoría con menor cantidad de trozas fue la de 40-45 cm con 2% del total (Figura 2a). En la evaluación por longitudes comerciales, la mayor cantidad de trozas se registró en la categoría de 2.50 a 2.94 m con 70% del total, tanto para el promedio general (Figura 2b) como en los dos tipos de pendiente (Figura 2e y 2f). Por el contrario, la menor cantidad se presentó en el rango de 2.94 a 3.36 m, con 8 y 6% del total de trozas para el promedio general y la pendiente de 30%, respectivamente (Figura 2b y 2f). Finalmente, la cantidad de trozas con longitudes de 1.68 a 2.5 m varió de 9 a 13% en promedio (Figura 2b), de 8 a 12% en la pendiente de 60% (Figura 2e) y de 11-14% en la pendiente de 30% (Figura 2f). Al analizar las dos pendientes se encontró que hay mayor cantidad en el sitio con pendiente de 60% y que, en ambas pendientes, la mayor cantidad de trozas se concentra en los rangos de diámetros de 20-30 cm, seguido por el rango de 30-35 cm y 15-20 cm. El porcentaje de trozas más bajo se presentó cuando los diámetros fueron más grandes (Figura 2c y 2d).

Al comparar los resultados obtenidos en otros estudios se tienen valores cercanos a los obtenidos con G. arborea. Por ejemplo, Moya (2004) en una plantación de 7.5 años de edad reporta un total de 373 trozas·ha¹con un rango de clase diamétrica de 15 a 25 cm, pero el mayor porcentaje se encontró en el intervalo de 15 a 20 cm. En otro estudio llevado a cabo por Moya, Esquivel y Ureuña (2009), pero en una plantación de Alnus acuminata de ocho años de edad, se encontraron 480 trozas·ha¹ y mayor cantidad de trozas en el rango de 15-20 cm. Por tanto, se puede observar la diferencia de cantidad de trozas por hectárea y rango diamétrico, la cual es producto de la diferencia de edad entre la plantación evaluada y las mencionadas, así como de los tratamientos silviculturales recibidos en cada plantación.

Rendimiento de la madera

El diámetro promedio aserrado fue de 25.5 cm; la pendiente de 30% presenta un diámetro de 25.75 cm y la pendiente de 60% un diámetro de 25.22 cm (Cuadro 1). El rendimiento promedio del aserrío primario (producción de semi-bloques) fue de 53%, y el rendimiento total de las tablas para venta en mercado fue de 46%. En las dos pendientes se obtuvieron rendimientos diferentes. El rendimiento en la pendiente de 30% fue de 55.36% en semi-bloques y de 47.07% en producto terminado. En tanto que en la pendiente de 60%, los rendimientos resultaron inferiores, de 51.07 y 44.68%, para semi-bloques y producto terminado, respectivamente (Cuadro 1).

El producto comercializable en madera aserrada fue en promedio 49.27 m³·ha¹ dejando en las diferentes etapas un volumen de desperdicio total de 173.68 m³·ha¹ (Cuadro 3). En el aserrío primario (madera en semi-bloques), la pérdida respecto del volumen total en pie fue de 73.56% (Figura 1) y respecto del volumen en troza se tiene una diferencia de 22.64 m³·ha¹(Cuadro 3). Finalmente, la madera aserrada lista para su comercialización aprovecha sólo el 22.23% del volumen total en pie (Figura 1), dejando un desperdicio de 77.77%. En el proceso de transformar semi-bloques a madera ya aserrada, el desperdicio fue de 4.21% (Cuadro 3). Si se analiza la pérdida de producto a partir del volumen comercial en pie, se observa que en promedio hay 8.19% en el troceo, 30.83% cuando se realiza el semibloqueo y hay una diferencia de 35.04% con respecto al volumen del producto final obtenido. En la Figura 1, se evidencia que la mayor pérdida de volumen se da en la pendiente de 60%.

El factor de recuperación de la madera aserrada puede variar dependiendo de las dimensiones de las trozas, la forma y la calidad (Moya, 2000; Quirós, Chinchilla, & Gómez, 2005b; Sanabria & Serrano 1993; Serrano, 1991), siendo estos dos últimos factores los que probablemente incidieron en el volumen final aprovechado. El rendimiento de trozas de melina se ha estudiado para diferentes plantaciones y edades. Por ejemplo, Fuwape (1998) obtuvo rendimientos entre 25 y 35% con trozas de entre 15 y 40 cm de diámetro; sin embargo, las trozas fueron aserradas en productos de menores dimensiones y también presentaban un diámetro promedio inferior al que se manejó en nuestro estudio. En otro estudio llevado a cabo por Quirós et al. (2005a) se reporta 39% en madera aserrada, nuevamente un rendimiento menor al encontrado en el presente estudio. Sin embargo, Serrano (1992) obtuvo un rendimiento del 44.13% para trozas con diámetro mayor de 25 cm. También Sánchez (1998) obtuvo un rendimiento de 49% en aserrío pero con diámetros menores de 25 cm. Bermúdez (2006), en tanto, reporta un rendimiento de 49.7%. Los rendimientos de las trozas dependen de los defectos presentes en las mismas, de la especie de madera, así como de su diámetro y longitud o del manejo que la plantación presente (Bermúdez, 2006). Esto da como resultado que los rendimientos obtenidos en el presente estudio sean diferentes de los reportados en los estudios ya mencionados.

Rendimiento por ancho, longitud y espesor de tablas

En el Cuadro 4 se muestra la cantidad de piezas y volumen obtenido de la madera aserrada, de acuerdo con las dimensiones evaluadas. La distribución de las tablas según su ancho mostró que, en promedio, la mayor cantidad de éstas se ubica entre los rangos de 15-17.5 cm y 17.5-20 cm. No obstante, cuando el volumen se cuantifica, el más alto valor se presenta en el ancho de 22.5-25 cm, pero con baja cantidad de piezas. En promedio, la menor cantidad de piezas se registró en el rango de 25-27.5 cm.

El análisis mostró que en la pendiente de 30%, la mayor cantidad de tablas se concentra en la categoría de 17.5 a 20 cm. Sin embargo, cuando se cuantifica la producción en término de volumen, se tiene que el valor más alto se encuentra en el rango de 22.5 a 25 cm en la pendiente de 30%, y en el rango de 20 a 22.5 cm en la pendiente de 60%. En la pendiente de 30%, otro porcentaje importante de piezas se produjo en el rango de 22.5-25.0, pero éste no fue imperante en la pendiente de 60%, ya que fue superado por los rangos de 20-22 cm y 17.5-20 cm. Finalmente, en ambas pendientes, la menor cantidad de piezas y el menor volumen por ancho de la tabla se presentaron en los rangos de 10-12.5 cm, 25-27.5 cm y 27.5-30 cm.

Al evaluar la cantidad de piezas por longitud, se tiene que la mayor cantidad de tablas y el mayor volumen se registraron en la categoría de 243 a 284.5 cm, tanto para los dos tipos de pendiente como para el promedio (Cuadro 4). Este resultado era de esperar, ya que el mayor porcentaje de trozas se concentra en esa longitud (Figura 2f). El análisis de la cantidad de tablas presentes en cada categoría mostró que la mayor cantidad de éstas se ubican en el rango de 2 a 2.25 cm de espesor (Cuadro 4). Dichos resultados son de esperar, ya que la madera de 22 mm de espesor fue el producto principal.

CONCLUSIONES

Desde el volumen total en pie hasta el producto final se desperdician 173.68 m³ de madera en el proceso de aserrío, lo cual corresponde al 78%, esto debido a la alta incidencia de defectos. Asimismo, el volumen aprovechable fue de 22%. El rendimiento de las trozas fue de 53.22% en semi-bloque y de 45.88% en madera aserrada. Al calcular el volumen comercial se tiene una pérdida de 42.6%, y al producir tablas a partir de los semi-bloques nuevamente hay una pérdida de aproximadamente 22%. Lo anterior indica que es necesario buscar alternativas para ese volumen que no es comercializable, tanto en la plantación como en el momento de producir los semi-bloques. En la cosecha final de una plantación de 10 años, la mayoría de las trozas se producen en el rango diamétrico de 20-30 cm (diámetro promedio de 25.5 cm), lo que da como resultado que una gran cantidad de la madera aserrada produzca anchos comerciales que varían de 12.5 a 25.5 cm de ancho, siendo este tipo de tablas de fácil comercialización.

AGRADECIMIENTOS

A la Vicerrectoría de Investigación y Extensión del Instituto Tecnológico de Costa Rica, por el apoyo económico al desarrollo de esta investigación. A la empresa Hacienda Junquillal, S. A., por permitir realizar el presente trabajo en sus instalaciones, y especialmente al señor MBA Luis Fonseca, por brindar su apoyo durante esta investigación.

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