UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CENTRO DEL PERÚ
FACULTAD DE CIENCIAS FORESTALES Y DEL AMBIENTE
TESIS
PRESENTADA POR LOS BACHILLERES:
JESÚS ALBERTO CONDOR MANGO OLMY YANINY PARDO NAVARRO
PARA OPTAR EL TITULO PROFESIONAL DE:
INGENIERO FORESTAL Y AMBIENTAL
HUANCAYO – PERÚ 2021
“CARACTERIZACIÓN DE LA ANATOMÍA, PROPIEDADES FÍSICO- MECÁNICAS Y QUÍMICAS DE Pinus radiata D.Don Y Pinus patula
Schiede ex Schltdl. & Cham. – CAJAMARCA”
ASESOR:
M. Sc. JUANA MARÍA PAUCAR CARRION CIP 57495
DEDICATORIA
A mis padres Carlos y Teodora quienes con su amor, paciencia y esfuerzo me han permitido llegar a cumplir hoy un sueño más, gracias por inculcar en mí el ejemplo de esfuerzo y valentía.
A mi hermano Carlos, mis hermanas Eva y Cristina por su cariño y apoyo incondicional, durante todo este proceso, por estar conmigo en todo momento gracias.
A todas las personas especiales que me acompañaron en esta etapa, aportando a mi formación tanto profesional y como ser humano.
Jesús Alberto Condor Mango
DEDICATORIA
A Dios Elohim por cuidar de mí, en cada travesía que doy en mi vida espiritual, familiar y profesional.
Gracias por permitirme el perdón de pecados a través de la pascua del nuevo pacto. Por favor Padre y Madre celestiales guíeme a sus bendiciones.
A mis Padres Cesar y Victoria, por ser el pilar más sustancial de mi vida, demostrarme su amor sincero y soporte incondicional. ¡Papá y Mamá los amo mucho!
A mis hermanos Estif y Jhossefer por alentarme, apoyarme y cuidarme en los buenos y malos momentos, muchas veces por hacerme entrar en razón en mis pensamientos equívocos.
¡hermanos míos los amo mucho!
Y finalmente a mis amigos y amigas que siempre están a mi lado apoyándome incondicionalmente.! los(as) quiero mucho!
“Mas la Jerusalén de arriba, la cual es madre de todos nosotros es libre”.
Gálatas 4:26
Olmy Yaniny Pardo Navarro
AGRADECIMIENTOS A:
- M.Sc. Juana M. Paucar Carrión por su asistencia y asesoramiento durante la ejecución de la tesis.
- Al Gerente de la Cooperativa Agraria “Atahualpa Jerusalén” de Trabajadores Ltda.
Granja Porcón, Sr. Alejandro Chilón por patrocinarnos las especies a estudiar.
- Al Centro de Innovación Tecnológica de La Madera (CITEmadera), Ingeniera Sandra Cock Mory y equipo técnico del laboratorio de anatomía de la madera por su patrocinio y asesoramiento en el estudio anatómico.
- Al Ingeniero Moisés Acevedo, Profesor de Propiedades físico - mecánicas de la madera de la Universidad Agraria la Molina, por el apoyo incondicional y guiarnos en la ejecución de los estudios mecánicos.
A todos ustedes, nuestro mayor elogio y gratitud.
ÍNDICE Pág.
DEDICATORIA ... iii
AGRADECIMIENTOS ... v
RESUMEN ... xiii
ABSTRACT ... xiv
I. INTRODUCCION ... 1
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA ... 3
2.1. Antecedentes de la investigación... 3
2.1.1. A nivel internacional ... 3
2.1.2. A nivel nacional ... 7
2.1.3. A nivel regional... 8
2.2. Bases teóricas ... 9
2.2.1. Características generales de Pinus radiata D.Don ... 9
2.2.2. Características generales de Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ..10
2.2.3. Características anatómicas de la madera...11
2.2.4. Propiedades físicas de la madera ...16
2.2.5. Propiedades mecánicas de la madera ...18
2.2.6. Composición química de la madera ...20
III. MATERIALES Y MÉTODO ...22
3.2. Lugar de procedencia de las muestras en estudio...22
3.2.1. Ubicación política ...22
3.2.2. Ubicación geográfica ...22
3.2.3. Accesibilidad...22
3.2.4. Clima y ecología ...23
3.3. Materiales y equipos ...24
3.3.1. Materiales y equipos de campo ...24
3.3.2. Equipos de protección personal ...24
3.3.3. Equipos y materiales para la preparación de probetas ...24
3.3.4. Materiales, equipos y reactivos de laboratorio...25
3.3.5. Normas técnicas ...26
3.4. Metodología...27
3.4.1. Tipo de investigación ...27
3.4.2. Nivel de investigación...27
3.4.3. Diseño de investigación ...27
3.4.4. Población y muestra ...27
3.4.5. Unidad de muestreo ...28
3.5. Procedimiento ...29
3.5.1. Fase de pre campo...29
3.5.2. Fase de campo ...29
3.5.3. Fase de laboratorio ...30
IV. RESULTADOS...45
4.1. Descripción anatómica ...45
4.1.1. Pinus radiata D. Don ...45
4.1.2. Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...49
4.2. Propiedades físicas ...54
4.2.1. Pinus radiata D. Don ...54
4.2.2. Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...57
4.3. Propiedades mecánicas ...60
4.3.1. Pinus radiata D. Don ...60
4.3.2. Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...64
4.4. Composición química ...69
4.4.1. Pinus radiata D. Don ...69
4.4.2. Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...71
5.1. Descripción anatómica ...73
5.2. Propiedades físicas ...74
5.3. Propiedades mecánicas ...75
5.4. Composición química ...77
VI. CONCLUSIONES ...79
VII. RECOMENDACIONES ...82
VIII. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ...83
IX. ANEXOS ...90
ÍNDICE DE TABLAS
Pág.
Tabla 1 Matriz de operacionalización de variables anatómicas ...28
Tabla 2 Matriz de operacionalización de variables físicas ...28
Tabla 3 Matriz de operacionalización de variables mecánicas ...28
Tabla 4 Matriz de operacionalización de variables químicas ...29
Tabla 5 Características dasométricas y ubicación de las unidades de muestreo ...30
Tabla 6 Evaluación y cantidad de probetas por ensayo de P. radiata y P. patula a nivel basal y medio ...30
Tabla 7 Clasificación de la densidad básica ...34
Tabla 8 Clasificación de la contracción volumétrica ...35
Tabla 9 Clasificación de la relación de contracción tangencial y radial (T/R) ...35
Tabla 10 Clasificación de la flexión estática según el MOR ...37
Tabla 11 Clasificación de la compresión paralela al grano según el MOR ...38
Tabla 12 Clasificación de la compresión perpendicular al grano según el ELP...39
Tabla 13 Clasificación de la resistencia al cizallamiento paralelo al grano ...40
Tabla 14 Clasificación de la resistencia a la extracción de clavos ...41
Tabla 15 Elementos anatómicos de P. radiata – nivel basal ...46
Tabla 16 Elementos anatómicos de P. radiata – nivel medio ...46
Tabla 17 Elementos anatómicos promedios para la especie P. radiata D.Don ...46
Tabla 18 Elementos anatómicos de P. patula – nivel basal...50
Tabla 19 Elementos anatómicos de P. patula – nivel medio ...50
Tabla 20 Promedio de elementos anatómicos y clasificación de P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...50
Tabla 21 Propiedades físicas de P. radiata - nivel basal ...54
Tabla 22 Propiedades físicas de P. radiata - nivel medio ...54
Tabla 23 Promedio de propiedades físicas y clasificación de P. radiata D.Don...54
Tabla 24 Propiedades físicas de P. patula - nivel basal...57
Tabla 25 Propiedades físicas de P. patula - nivel medio ...57
Tabla 26 Promedio de propiedades físicas la clasificación de P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...57
Tabla 27 Propiedades mecánicas de P. radiata - nivel basal...60
Tabla 29 Promedio de propiedades mecánicas y clasificación de P. radiata D.Don ...61
Tabla 30 Propiedades mecánicas de P. patula - nivel basal ...64
Tabla 31 Propiedades mecánicas de P. patula - nivel medio ...65
Tabla 32 Promedio de propiedades mecánicas y clasificación de P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ...65
Tabla 33 Composición química de P. radiata - nivel basal...69
Tabla 34 Composición química de P. radiata - nivel medio ...69
Tabla 35 Promedio de composición química de P. radiata D. Don ...69
Tabla 36 Composición química de P. patula - nivel basal ...71
Tabla 37 Composición química de P. patula - nivel medio ...71
Tabla 38 Promedio de composición química de P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham. ..71
ÍNDICE DE FIGURAS
Pág.
Figura 1. Diferencia de longitud de traqueidas entre el nivel basal y medio de P. radiata…47 Figura 2. Diferencia de diámetro de traqueidas, lumen y espesor de pared entre el
nivel basal y medio de P. radiata...47 Figura 3. Sección transversal de P. radiata; A y B presentan anillos de crecimiento
bien diferenciados; C transición de madera temprana a madera tardía gradual; D leño temprano: paredes delgadas y lumen amplio; E leño tardio:
paredes gruesas y lumen pequeño; D y E contorno de traqueidas
hexagonales y heptagonales. ...48 Figura 4. Sección tangencial (A y B) y sección radial (C) de P. radiata; en A radios
uniseriados y biseriados; B punteaduras uniseriadas; C 1-2/cdc punteaduras por campo de cruzamiento de tipo pinoide. ...49 Figura 5. Diferencia de longitud de traqueidas entre el nivel basal y medio de P. patula ...51 Figura 6. Diferencia de diámetro de traqueidas, lumen y espesor de pared entre el nivel
basal y medio de P. patula ...51 Figura 7. Sección transversal y radial de Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham.
(A-E); en A anillos de crecimiento bien diferenciado; B sección radial; C transición de madera temprana a madera tardía gradual, D paredes gruesas del leño tardío; E paredes delgadas del leño temprano. ...52 Figura 8. Sección tangencial y radial de Pinus patula; la sección A presenta radios
mayormente uniseriados, escasamente biseriados y radios fusiformes con presencia de canales resiníferos; B alineamiento de las punteduras
unicriadas, 1-2/cdc punteaduras por campo de cruzamiento de tipo pinoide...53 Figura 9. Diferencia de contenido de humedad entre el nivel basal y medio de
P. radiata...55 Figura 10. Diferencia de densidades entre el nivel basal y medio de P. radiata ...55 Figura 11. Diferencia del tipo de contracción entre el nivel basal y medio de
P. radiata...56 Figura 12. Diferencia de la relación T/R entre el nivel basal y medio de P. radiata ...56 Figura 13. Diferencia de contenido de humedad entre el nivel basal y medio de
P. patula ...58
Figura 15. Diferencia del tipo de contracción entre el nivel basal y medio de P. patula ...59
Figura 16. Diferencia de la relación T/R entre el nivel basal y medio de P. patula ...59
Figura 17. Diferencia de flexión estática entre el nivel basal y medio de P. radiata...61
Figura 18. Diferencia de compresión paralela entre el nivel basal y medio de P. radiata...62
Figura 19. Diferencia de compresión perpendicular entre el nivel basal y medio de P. radiata...62
Figura 20. Diferencia de tensión perpendicular entre el nivel basal y medio de P. radiata...63
Figura 21. Diferencia de cizallamiento radial entre el nivel basal y medio de P. radiata...63
Figura 22. Diferencia de extracción de clavos entre el nivel basal y medio de P. radiata...64
Figura 23. Diferencia de flexión estática entre el nivel basal y medio de P. patula ...66
Figura 24. Diferencia de compresión perpendicular entre el nivel basal y medio de P. patula ...66
Figura 25. Diferencia de compresión perpendicular entre el nivel basal y medio de P. patula ...67
Figura 26. Diferencia de tensión perpendicular entre el nivel basal y medio de P. patula ...67
Figura 27. Diferencia de cizallamiento radial entre el nivel basal y medio de P. patula ...68
Figura 28. Diferencia de extracción de clavos entre el nivel basal y medio de P. patula ..68
Figura 29. Diferencia de extractivos entre el nivel basal y medio de P. radiata ...70
Figura 30. Diferencia de celulosa y lignina entre el nivel basal y medio de P. radiata ...70
Figura 31. Diferencia de extractivos entre el nivel basal y medio de P. patula ...71
Figura 32. Diferencia de celulosa y lignina entre el nivel basal y medio de P. patula ...72
Figura 33. Probetas dimensionadas para los ensayos físicos-mecánicos ...90
Figura 34. Medición de la dimensiones tangencial, radial y longitudinal de las probetas .90 Figura 35. Ensayo de flexión estática ...91
Figura 36. Ensayo de compresión paralela a las fibras en la prensa universal ...91
Figura 37. Ensayo de tensión perpendicular al grano...91
Figura 38. Ensayo de cizallamiento paralelo al grano ...91
Figura 39. Determinación de las propiedades químicas (aparato de extracción Soxhlet de vidrio) ...91
RESUMEN
El estudio se realizó en los laboratorios de la Universidad Nacional del Centro del Perú, Universidad Nacional Agraria la Molina y CITEmadera. Tuvo como objetivo determinar las características anatómicas, propiedades físico-mecánicas y químicas de Pinus radiata D.Don y Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. procedentes de Granja Porcón- Cajamarca. Tipo de investigación aplicada de nivel descriptivo, corte transversal y diseño no experimental. Se emplearon 3 árboles al azar por especie. Se utilizó la Norma COPANT- 1974, Lista Estándar IAWA-2004. ASTM y las Normas Técnicas Peruanas. P. radiata presentó abundantes canales resiníferos, contorno de traqueidas hexagonales y heptagonales de longitud 2731.36 μm, radios mayormente uniseriados y ocasionalmente biseriados;
contenido de humedad 131.85 %, densidad básica 0.46 g/cm3, contracción volumétrica 13.75
% y relación T/R 1.39; flexión estática 544.79 kg/cm2 (módulo de rotura MOR), compresión paralela 235.84 kg/cm2 (MOR), compresión perpendicular 56.33 kg/cm2, tensión perpendicular: radial 29.39 kg/cm2, tangencial 49.75 kg/cm2, cizallamiento radial 100.03 kg/cm2 y extracción de clavos: extremos 42.39 kg, radial 78.09 kg, tangencial 67.67 kg; y extractivos 2.69 %, celulosa 40.50 % y lignina 23.33 %. P. patula presentó canales resiníferos, contorno de traqueidas pentagonales y hexagonales de longitud 2697.55 μm, radios mayormente uniseriados ; C.H. 136.80 %, densidad básica 0.45 g/cm3, contracción volumétrica 14.75 % y relación T/R 1.62; flexión estática 474.99 kg/cm2 (MOR), compresión paralela 185.76 kg/cm2 (MOR), compresión perpendicular 49.94 kg/cm2, tensión perpendicular: radial 24.68 kg/cm2, tangencial 37.03 kg/cm2, cizallamiento radial 105.81 kg/cm2 y extracción de clavos: extremos 36.37 kg, radial 69.82 kg, tangencial 56.32 kg; y extractivos 3.27 %, celulosa 40.33 % y lignina 27.17 %. Según las características evaluadas se recomienda para usos en: obras interiores, carpintería, obras de torneado - artesanía, encofrados, asa de herramientas y suministros para deportes.
Palabras clave: características anatómicas, densidad, contracción, flexión estática, compresión (paralela y perpendicular), celulosa y lignina.
ABSTRACT
The study was carried out in the laboratories of Universidad Nacional del Centro del Perú, Universidad Nacional Agraria la Molina and CITEmadera. The objective of this study was to determine the anatomical characteristics, physical-mechanical and chemical properties of of Pinus radiata D. Don and Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham. from Granja Porcón- Cajamarca. Type of applied research of descriptive level, cross-sectional and non- experimental design. Three trees per species were used at random. The COPANT-1974 Standard, IAWA-2004 Standard List. ASTM and the Peruvian Technical Norms. P. radiata presented abundant resiniferous canals, hexagonal and heptagonal tracheid outline of length 2731.36 μm, mostly uniseriate and occasionally biseriate rays; moisture content 131.85 %, basic density 0.46 g/cm3, volumetric shrinkage 13.75 % and T/R ratio 1.39; static bending 544. 79 kg/cm2 (modulus of rupture MOR), parallel compression 235.84 kg/cm2 (MOR), perpendicular compression 56.33 kg/cm2, perpendicular tension: radial 29.39 kg/cm2, tangential 49.75 kg/cm2, radial shear 100.03 kg/cm2 and nail extraction: ends 42.39 kg, radial 78.09 kg, tangential 67.67 kg; and extractives 2.69 %, cellulose 40.50 % and lignin 23.33 %.
P. patula presented resiniferous canals, pentagonal and hexagonal tracheid outline of length 2697.55 μm, radii mostly uniseriate ; C.H. 136.80 %, basic density 0.45 g/cm3, volumetric shrinkage 14.75 % and T/R ratio 1.62; static bending 474.99 kg/cm2 (MOR), parallel compression 185.76 kg/cm2 (MOR), perpendicular compression 49.94 kg/cm2, perpendicular tension: radial 24.68 kg/cm2, tangential 37.03 kg/cm2, radial shear 105.81 kg/cm2 and nail extraction: ends 36.37 kg, radial 69.82 kg, tangential 56.32 kg; and extractives 3.27 %, cellulose 40.33 % and lignin 27.17 %. According to the characteristics evaluated, it is recommended for use in: interior works, carpentry, turning works - handicrafts, formwork, tool handles and sports supplies.
Keywords: anatomical characteristics, density, shrinkage, static bending, compression (parallel and perpendicular), cellulose and lignin.
I. INTRODUCCION
En el Perú se han introducido diferentes especies forestales de rápido crecimiento y características anatómicas, física – mecánicas considerables en la industria maderera, como es el caso de las coníferas del género Pinus sp., la madera de los pinos presenta diferentes usos comerciales tales como: estructuras, fabricación de muebles, chipiados, parihuelas, postes, tutores, decoraciones, etc. Teniendo una aceptación secular en el mercado nacional e internacional.
En los años 80 se concretó un Proyecto de Forestación en la Cooperativa Granja Porcón en la región Cajamarca. La cual abarcaba aproximadamente 3500 ha de bosque de árboles de variedades de pino, donde Pinus patula tuvo una alta representación. El fin de este proyecto fue suministrar madera para la industria de artículos madereros en la región norte del País (ADEFOR, 2005).
A la fecha las especies requeridas por las industrias madereras en Cajamarca y otros departamentos son especies de pinos por su atractivo en construcciones, muebles y otros.
Sin embargo, el uso que se le otorga es inadecuada por el desconocimiento de sus características anatómicas y propiedades físico-mecánicas; no es por demás mencionar que en la actualidad no se conoce estudios tecnológicos de estas especies en la Cooperativa Agraria “Atahualpa Jerusalén” e incluso en otras instituciones. Esta investigación permitirá reivindicar su importancia y conocerlos tecnológicamente. Es así que se determinará la aptitud tecnológica, por lo cual se le asignará un mejor uso en el refino de diversos productos, lo que conducirá al auge industrial y así aumentar el valor agregado del mismo.
Por lo cual, la presente investigación tuvo como objetivo general: caracterizar anatómicamente, determinar las propiedades físico-mecánicas y químicas de Pinus radiata D.Don y Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham., Granja Porcón -Cajamarca. Como objetivos específicos se tuvo: describir las características macroscópicas y microscópicas de la madera de P. radiata D.Don y P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham., Granja Porcón -Cajamarca; determinar las propiedades físicas de P. radiata D.Don y P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham., Granja Porcón – Cajamarca; determinar las propiedades mecánicas de P.
radiata D.Don y P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham., Granja Porcón -Cajamarca;
determinar las propiedades químicas de P. radiata D.Don y P. patula Schiede ex Schltdl. &
Cham., Granja Porcón – Cajamarca; y evaluar la relación que tiene las características anatómicas y propiedades física - mecánicas y químicas de P. radiata D.Don y P. patula Schiede ex Schltdl. & Cham., Granja Porcón – Cajamarca.
II. REVISIÓN BIBLIOGRÁFICA 2.1. Antecedentes de la investigación
2.1.1. A nivel internacional
Campos (2015) en Guatemala, investigó las propiedades físicas y mecánicas de la madera de Pinus maximinoi. La especie fue extraída de la finca Chaval, procedente de una plantación de 11 y 30 años. De las dos plantaciones extrajeron diez árboles al azar. Los ensayos se realizaron en estado verde y seco bajo las indicaciones de la norma ASTM-D-143-94. Los resultados para las propiedades físicas fueron: Densidad básica 0.68 g/cm3, contracción tangencial 4.98%, contracción radial 2.60%, y contracción volumétrica 7.03%. Para las propiedades mecánicas; extracción de clavos en la zona de la albura en sus superficies radial y tangencial fue 81.41 kg y 78.68 kg respectivamente, Módulo de elasticidad (MOE) duramen 91810.901 kg/cm2 albura 101292.926 kg/cm2, Módulo de Ruptura (MOR) en duramen 377.618 kg/cm2 y albura 489.832 kg/cm2; Compresión perpendicular a la fibra para la albura 93.985 kg/cm2 y duramen 73.560 kg/cm2; Compresión paralela a la fibra para la albura 331.197 kg/cm2 y duramen 217.868 kg/cm2. Concluyó que la madera de P. maximinoi en relación a la densidad es pesada, respecto a la dureza se clasifica como madera blanda, de acuerdo al Módulo de Ruptura en flexión es muy bajo y para el Módulo de Elasticidad es muy bajo. También da mención a que “La compresión es mayor en dirección paralela a la fibra siendo menor según nos alejamos de dicha dirección. Así, en dirección axial se obtienen los máximos valores de compresión, ya que los haces de fibras de la madera trabajan a modo de pequeñas columnas que se comprimen, siendo mucho mayor la resistencia frente a los valores que se obtienen en dirección perpendicular”.
Gómez, Ríos y Peña (2012) realizaron una investigación en el sector maderero a nivel nacional en Colombia con el fin de conocer el potencial lignocelulósico de especies
aproximadamente 30 años de Pinus patula, ubicadas de 1000-3300 msnm y de 20 a 25 años de Pinus radiata ubicadas a una altitud de 1500-3000 msnm. La metodología estuvo basada según lo planteado por Escobar (1993), Uribe (1967) y Berrocal (2004). Según los resultados obtenidos en todos los años que les tomo realizar su trabajo afirman que: “la composición química varía con la parte del árbol (raíz, tallo o rama), tipo de madera (por ejemplo, normal, tensión o compresión), ubicación geográfica, clima y condiciones del suelo”. Los autores concluyen qué P. patula muestra el más alto contenido de celulosa (48.75 %), y hemicelulosa 32.75 % con un contenido bajo de lignina 18.5 % mientras que P. radiata ofrece un alto contenido de lignina 33.72 %, celulosa 37.88 % y hemicelulosa 23.62 %.
Meneses (2011) realizó una investigación con el objetivo de reconocer las aplicaciones probables de Pinus patula en base al reconocimiento de las propiedades físico- mecánicas de la madera en Imbabura – Ecuador. Para los diferentes ensayos seleccionó 7 árboles de 12 años de las cuales extrajo dos trozas de la parte basal de 2.40 m de longitud. La metodología estuvo basada en la Norma COPANT 460 y ASTM D143-09. Los resultados fueron:
Densidad especifica 0,362 g/cm3, situándose entre los márgenes de 0,10 g/cm3 a 0,45 g/cm3 implicando tener densidad seca al air e muy baja. La contracción volumétrica fue de 6.76 %, presentando mayor contracción en el corte tangencial con 4.27 % con respecto al corte radial 2.60 %. La relación T/R en madera joven fue de 1.64 teniendo la clasificación Baja. En el ensayo de flexión estática tuvo un ELP 225.77 kg/cm2 calificándose como Muy Bajo, MOR 408.70 kg/cm2 calificándose como Bajo y MOE 408.70 kg/cm2 calificándose como Bajo; en compresión paralela tuvo un ELP 130.59 kg/cm2 calificándose como muy Bajo, MOR 208.20 kg/cm2 calificándose como muy Bajo y MOE 130.59 kg/cm2 calificándose como muy Bajo.
Ariete (2010), realizó una investigación con el objetivo de hallar las propiedades físico, mecánico y químico de Pinus radiata en la ciudad de Valdivia - Chile. Las piezas de madera tuvieron una longitud de 3.20 m de largo. De cada tablón extrajo pares de piezas, de medidas 8x7x100 cm, las muestras las llamó “testigo” y “gemela”. Las muestras “testigo” las usó para hallar las propiedades químicas y físico – mecánica sin tratamiento, y las muestras
“gemela” las utilizo para hallar el comportamiento térmico. Las normas utilizadas fueron caracterización física-mecánica NCh 176: 1984; NCh 978; DIN 52 185; DIN 52 186 y propiedades químicas Norma Tappi 204-OM-88; Norma Tappi 207-cm-99 y Norma Tappi 222. Para el análisis químico utilizaron 50 gramos de aserrín. Los resultados fueron:
densidad sin tratamiento 0.39 g/cm3, densidad a 130°C 0.41 g/cm3, densidad a 145°C 0.41
g/cm3, densidad a 160°C 0.35 %, contracción radial sin tratamiento 3.30 %, contracción radial a 130°C 4.20 %, contracción radial a 145°C 3.50 %, contracción radial a 160°C 3.50
%, contracción tangencial sin tratamiento 6.00 %, contracción tangencial a 130°C 7.30 %, contracción tangencial a 145°C 6.00 % y contracción tangencial a 160°C 5.80 %. Flexión estática: sin tratamiento ELP 363 g/cm3, ELP a 130°C 410 g/cm3, ELP a 145°C 316 g/cm3, ELP a 160°C 354 g/cm3; MOR sin tratamiento 578 g/cm3, MOR a 130°C 675 g/cm3, MOR a 145°C 502 g/cm3, MOR a 160°C 452 g/cm3 y MOE sin tratamiento 89.051 g/cm3, MOE a 130°C 145.112 g/cm3, MOE a 145°C 115.251 g/cm3, MOE a 160°C 113.260 g/cm3.
Riesco y Diaz (2007) realizaron una investigación sobre el comportamiento físico de la madera de pino, su objetivo fue hallar las propiedades físicas de la madera de 3 variantes de pino: Pinus pinaster, Pinus sylvestris y Pinus radiata. Tuvieron muestras de 29 árboles provenientes de diferentes unidades de muestreo, de cada árbol obtuvieron discos de unos 10 cm de espesor del tronco a dos alturas en el fuste (en la base y a 5 m de altura). La especie P. radiata con una edad de entre 15 a 25 años con diámetros de entre 19 a 24 cm, P. pinaster con una edad de entre 10 a 15 años con diámetros de entre 5 a 15 cm, P. sylvestris con una edad de entre 24 a 28 años con diámetros de entre 20 a 35 cm. En total ensayaron 319 probetas libres de defectos (241 probetas de 4x2x2 cm de dimensiones nominales y 78 probetas de 4x4x2 cm de dimensiones nominales). Las dimensiones fueron efectuadas en base a la normativa española UNE y Europea AENOR, 1977a, 1977b, 1977c, 1978a, 1978b.
Los resultados fueron para P. radiata: densidad básica 0.35 g/cm3, contracción tangencial 5.70 %; contracción radial 3.90 %, contracción longitudinal 0.70 %, contracción volumétrica 10.70 %; P. pinaster: densidad básica 0.41 g/cm3, contracción tangencial 7.20 %;
contracción radial 5.00 %, contracción longitudinal 1.00 %, contracción volumétrica 13.80
%; P. sylvestris: densidad básica 0.40 g/cm3, contracción tangencial 7.10 %; contracción radial 4.20 %, contracción longitudinal 0.70 %, contracción volumétrica 12.30 %.
Díaz, Fernandez, Valenzuela y Torres (2007) realizaron estudios de compresión y descripción anatómica de Pinus Radiata en Chile. Con un total de 10 árboles tomados como muestra de 2 unidades de muestreo, uno localizado sobre arena húmeda y el otro sobre suelo arcilloso. Tomaron muestras a tres niveles del leño. Para la medición de traqueidas siguieron el método de la norma TAPPI t 234 cm-84. El resultado demostró que el diámetro de traqueidas de las muestras provenientes de la zona Arena húmeda fueron de madera opuesta 34.8 μm y madera de compresión 33.5 μm, tales resultados fueron mayores que los de las
compresión 28.0 μm; El largo de traqueidas en el sitio de Arcilla fue: madera opuesta 3280 μm y madera de compresión 2920 μm resultaron mayores que los del sitio Arena Húmeda:
madera opuesta 2500 μm y madera de compresión 2300 μm. Los autores concluyeron que las muestras de la zona de Arena Húmeda no presentan diferencias significativas a diferencia de los resultados obtenidos de la zona de Arcilla.
Berrocal, Freer, Baeza, Rodríguez y Espinosa (2004) determinaron la composición química de Pinus radiata D.Don en distintas edades en Colombia, tomaron como muestras las edades (1-3, 4-6, 7-10, 11-15, 16-20, 21-25, 26-30 y más de 30 años), seleccionaron 3 árboles y extrajeron una representación cilíndrica. Para determinar el porcentaje de extraíbles siguieron los procedimientos de la norma Tappi 204 om-88 y Tappi 264 om-97. Los resultados fueron los siguientes: Celulosa categoría de 1-3 años 31.05%, 4-6 años 31.76%, 7-10 años 37.83%, 11-15 años 41.52%, 16-20 años 41.48%, 21-25 años 42.51%, 26-30 años 40.51%, mayor a 30 años 36.36%. Hemicelulosa categoría de 1-3 años 25.99 %, 4-6 años 24.15 %, 7-10 años 24.26 %, 11-15 años 21.41%, 16-20 años 21.73 %, 21-25 años 22.90%, 26-30 años 25.01 %, mayor a 30 años 23.49%. Lignina categoría de 1-3 años 38.96%, 4-6 años 38.81%, 7-10 años 32.46%, 11-15 años 31.16%, 16-20 años 29.39%, 21-25 años 30.36%, 26-30 años 33.76%, mayor a 30 años 34.89%. Extraíbles categorías de 1-3 años 4.65%, 4-6 años 2.08%, 7-10 años 2.53%, 11-15 años 1.85%, 16-20 años 1.74%, 21-25 años 2.00%, 26-30 años 2.68%, mayor a 30 años 2.56%. Concluyen que la composición química presenta variaciones significativas asociadas con la edad de los árboles e incluso entre árboles de una misma edad.
Herrera, Morales y Pérez (2004) realizaron una investigación para elaborar carbón activado mediante las especies: Pinus patula, Jacaranda copaia, Pinus tecunumanii y Quercus humboldtii en Medellin – Colombia. Siguieron la Norma Técnica COPANT (1972) para obtener muestras representativas de especímenes sanos. Emplearon 3 muestras de árboles por cada espécimen. Para las propiedades físicas acondicionaron probetas de 3x3x10 cm (9 probetas por ensayo). Los ensayos lo realizaron en 3 diferentes estados de la madera: madera verde, seco al aire, y seca al horno. Las propiedades fiscas para P. patula fue lo siguiente:
densidad verde 0.95 g/cm3, densidad seca al aire 0.53 g/cm3, densidad anhidra 0.49 g/cm3, densidad básica 0.42 g/cm3, contracción tangencial 7.76%; contracción radial 4.26%, contracción longitudinal 0.19%, contracción volumétrica 11 .26 %.
2.1.2. A nivel nacional
Ortega (2014) investigó la incidencia de Pinus patula en el crecimiento dendrocronológico en plantaciones de “Granja Porcón” - Cajamarca. La metodología aplicada fue no destructiva; Muestreó 35 árboles de una parcela raleada y 35 de una parcela no raleada con clases diamétricas (10-20, 21-30, 31-40, 41-50 y 51-60). Las parcelas de muestreo tuvieron un área de 0.05 ha, para la demarcación, colección y extracción de muestras utilizaron 35 árboles de P. patula por cada sector, considerando los aspectos dasometricos y fitosanitarios del lugar. Tuvo como resultados: densidad anhidra de 0,48 g/cm3 y una densidad básica de 0,43 g/cm3, de durabilidad natural baja. En relación al raleo menciona: El mayor crecimiento diamétrico a los 25 años para el P. patula se encontró en el sector raleado y el menor en el sector no raleado.
Yoza, Baradit, y Acevedo (2015) realizaron una investigación en la ciudad de Lima, donde determinaron las propiedades físico mecánicas de 2 especies de maderas de bosques peruanos de las especies de Pinus patula y Cedrelinga cateniformis, provenientes de Cajamarca y Huánuco respectivamente. Utilizando métodos no destructivos de ultrasonido, eligieron 5 árboles para cada espécimen. Para los ensayos mecánicos lo realizaron de acuerdo a la norma ASTM D143 (2008). Las repeticiones para cada ensayo fueron: flexión (6 a 8); compresión paralela (6 a 8); y cizallamiento (9 a 16). En ensayos mecánicos para P.
patula fueron: Flexión: módulo de ruptura MOR 591.426 g/cm3, módulo de elasticidad MOE 84308.796 g/cm3; Compresión paralela: módulo de ruptura (305.91 g/cm3), módulo de elasticidad MOE 106089 g/cm3 y Cizallamiento 101.97 g/cm3
Meza (2010) estudió: “la Clasificación estructural de la madera Pinus radiata” provenientes del Sector Huamali de Granja Porcón - Cajamarca; para determinar los ensayos físicos – mecánicos, para lo cual extrajo 6 árboles de donde adquirió vigas y probetas de dimensiones finales (30 vigas y 30 probetas para cada ensayo) clasificadas bajo las Normas Técnicas Peruanas NTP 251.008, NTP 251.009, ASTM D2395, la norma UNE – EN 13183-1:2002, UNE – EN 13183-2:2002, la Norma Chilena Oficial NCh968.Of86 y NCh969.Of86. Los resultados para las propiedades física- mecánicas en vigas a escala natural: Contenido de humedad 20.38 %, esfuerzo limite proporcional promedio 199.39, módulo de rotura promedio 271,91 kg/cm2, MOE promedio 88 319.50 kg/cm2, MOE mínimo 30 826,51 kg/cm2 y MOE aparente promedio 61 908.03 kg/cm2; y para probetas: Contenido de humedad 21.14 %, densidad básica 0.43 kg/cm3, ELP promedio 361.60 kg/cm2, MOR
promedio 460.46 kg/cm2, MOE promedio 84 290.90 kg/cm2 y MOE mínimo 30 826,51 kg/cm2. Densidad básica 0.43 g/cm3.
En Lima Ordoñez y Lugo (2016), estudiaron la estructura de madera aplicada al sector de la construcción en el Perú, con el objetivo de evaluar la conducta sísmica y promover el uso de la madera como material de construcción para viviendas hechas de Pino radiata. Para seguir los procedimientos utilizaron las Normas NTP y ASTM D 143-14; donde realizaron ensayos de flexión, compresión paralela y perpendicular y resistencia al corte. Como resultado mencionan una densidad básica de 0.35 Kg/cm3, comprensión paralela a la fibra 280.6 k/cm2, a la comprensión perpendicular a la fibra 83.5 Kg/cm3, resistencia al corte 70.9 Kg/cm2, resistencia a la flexión 589.0 Kg/cm2, módulo de elasticidad 6936.10 MPa, módulo de corte 2,831.06 MPa. Concluyen que: “los valores de las propiedades físicas y mecánicas determinadas confirman la posibilidad de usar al P. radiata en la elaboración de entramados de madera con fines estructurales ya que los valores obtenidos en los ensayos se encuentran dentro de los rangos permisibles normalizados”.
2.1.3. A nivel regional
Calderon y Bravo (2008) realizaron una investigación, tuvieron como objetivo determinar las características anatómicas y las propiedades físico-mecánicas de Pinus oocarpa y Pinus tecunumani provenientes de Oxapampa. Para los estudios anatómicos utilizaron la norma COPANT y para las propiedades físicas - mecánicas se basaron en las Normas Técnicas Peruanas (NTP). Extrajeron cinco árboles al azar por cada especie. Los resultados fueron: P.
oocarpa: densidad básica 0.50 g/cm3, relación T/R 1.97, Comprensión perpendicular al grano 26.24 g/cm2, comprensión paralela al grano: ELP 132.91 gr/cm2, MOR 169.67 g/cm2, MOE 77.18x 103 g/cm2, Flexión estática: ELP 288.11 g/cm2, MOR 406.78 g/cm2, MOE 60.66 x 103 g/cm2, extracción de clavos extremos: 74.56 kg, lados 95.97 kg, tracción perpendicular al grano 25.63 g/cm2, cizallamiento paralelo a grano 69.65 g/cm2. P.
tecunumani: densidad básica 0.45 grcm3, relación T/R 1.71, Comprensión perpendicular al grano: 20.59 g/cm2, comprensión paralela al grano: ELP 135.95 g/cm2, MOR 168.30 g/cm2, MOE 83.99 x 103 g/cm2, Flexión estática: ELP 264.67 g/cm2, MOR 384.23 g/cm2, MOE 74.66 x 103 g/cm2, extracción de clavos extremos 40.76 kg, lados 71.51 kg, tracción perpendicular al grano 26.73 g/cm2, cizallamiento paralelo a grano: 58.51gr/cm2.
Claros, Baltazar, Trujillo, y Araujo (2017) determinaron el porcentaje de extractivos solubles en alcohol-benceno y el porcentaje de extractivos solubles en agua caliente en el estudio de
Durabilidad natural de la madera de Pinus oocarpa y Pinus tecunumanii provenientes plantaciones forestales de Oxapampa. Para lo cual emplearon la Norma TAPPI 05 para extractivos solubles en alcohol-benceno y el método SOVARD para extractivos solubles en agua caliente. Los resultados mostraron datos similares de extractivos solubles en alcohol- benceno entre 4,09% y 6,64%, teniendo relación con los resultados de los ensayos de durabilidad natural, es así que el porcentaje de extractivos solubles en alcohol-benceno es similar en ambas especies forestales y explica la semejanza del grado de resistencia a la pudrición mostrada por sus maderas.
2.2. Bases teóricas
2.2.1. Características generales de Pinus radiata D.Don 2.2.1.1. Distribución geográfica
Naturalmente se encuentra en las costas de California (Estados Unidos) y en las islas Guadalupe y Cambria (México). Como plantaciones la podemos encontrar en Chile, Argentina, Uruguay, Ecuador y Nueva Zelanda. Además de encontrarse en países como Australia y Sudáfrica (Fernández & Sarmiento, 2004).
2.2.1.2. Descripción botánica
Es conocida de forma común como: pino insigne, pino de monterrey y pino de california, con alturas entre 20 a 30 m, acículas envainadas de 3 en 3 de 10 a15 cm, color verde vivo y brillante, copa densa y piñas perennes serotinosos (Fernández & Sarmiento, 2004).
La descripción macroscópica y microscópica: Albura color crema amarillenta y duramen marrón muy pálido, grano recto, brillo medio, textura fina, veteado líneas longitudinales, arcos superpuestos, olor característico. Anillos de crecimiento con distribución irregular.
Traqueidas de forma cuadrada o hexagonal de 4 a 5 lados, parénquima longitudinal escaso, conductos gomíferos longitudinales. Traqueidas punteadas aeroladas, de 1 a 2 punteaduras del tipo pinoide por campo de cruzamiento. Radios heterogéneos, uniseriados, algunos casualmente biseriados, de 3 a 12 células longitudinales y de 1 a 2 células transversales (Meza, 2010).
“Radios heterogéneos, fusiformes con una altura de 5 células y con un máximo de 10 células.
En los campos de cruce tiene de 1 a 3 punteaduras. El parénquima longitudinal es difuso y muy escaso” (Ariete, 2010).
Traqueidas de primavera y verano no diferenciados. Longitud entre 1150 a 4500μm y ancho entre 30 a 60μm. Punteaduras del tipo pinoide. Radios uniseriados y fusiformes con longitud de 141 a 471μm (Yoza et al., 2015).
2.2.1.3. Clasificación taxonómica Reino: Plantae
División: Pinophyta Clase: Pinopsida Subclase: Pinidae Orden: Pinales Familia: Pinaceae Género: Pinus L.
Especie: Pinus radiata D.Don
2.2.2. Características generales de Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham.
2.2.2.1. Distribución geográfica
Especie nativa de regiones subtropicales de México (Sierra Madre Oriental, Eje Neovolcánico y Sierra Madre de Oaxaca, estado de Hidalgo hasta Cofre de Perote), en altitudes entre 1 500 a 3 100 msnm. Como plantaciones se encuentra en Sudáfrica, India Australia y Sudamérica (Argentina, Brasil, Venezuela, Colombia, Ecuador y Perú) alcanzando importancia económica y biológica (Ortega, 2014).
2.2.2.2. Descripción botánica
Nombre común: pino chino, pino llorón mexicano, pino colorado, pino pátula, ocote macho.
Son ejemplares octogenarios, de porte mediano a grande, de hasta 40 metros de altura y más de un 1 metro de diámetro, fuste cónico, corteza marrón, áspera y se desprende en escamas, ramas verticiladas, fascículos de 3 o 4 acículas de color verde – azulado. Los frutos son de forma piñas cónicas perennes, puntiagudos, asimétricos, de 4,0 a 12,0 cm de largo por 2,5 a 5,0 cm de diámetro y usualmente agrupados de 3 a 7 (Ospina et al., 2011).
Macroscópicamente albura y duramen diferenciado, la madera temprana es castaña clara - amarillenta y la tardía castaña muy pálida, brillo bajo, veteado pronunciado, textura de fina
a media y grano recto. Canales resiníferos visibles a simple vista en la cara transversal.
Microscópicamente traqueidas largas, diámetro del lumen mediano, pared celular muy delgada, punteaduras areoladas, radios homogéneos y en los campos de cruzamiento de 1 a 3 punteaduras de tipo pinoide (Ortega, 2014).
2.2.2.3. Clasificación taxonómica Reino: Plantae
División: Pinophyta Clase: Pinopsida Subclase: Pinidae Orden: Pinales Familia: Pinaceae Género: Pinus L.
Especie: Pinus patula Schiede ex Schltdl. & Cham.
2.2.3. Características anatómicas de la madera 2.2.3.1. La madera
La madera está compuesta por troncos, ramas y raíces de los árboles, incluyéndose entre ellos a las coníferas, latifoliadas y otros especímenes leñosos; La madera es un material heterogéneo, de estructura uniforme. La cual cumple las siguientes funciones: conducción de savia, transformación de productos, almacenamiento de sustancias de reserva y soporte vegetal (Campos, 2015).
2.2.3.2. Anatomía de la madera
Giménez, Moglia, Hernández y Gerez (2005) definen que “anatomía de la madera es la rama de la Biología que estudia el xilema, leño o madera” con el objetivo de:
• Reconocer y brindarle el uso óptimo.
• Identificar especímenes.
• Presagiar el uso adecuado.
• Determinar el potencial tecnológico de la madera.
La distribución de los elementos xilemáticos incide en el comportamiento físico, mecánico y eléctrico de la madera; tanto que la madera que tenga mayor cantidad de fibras dentro de su estructura, tendrá alta densidad y resistencia mecánica; inversamente las maderas que tengan altos contenidos de parénquima y vasos amplios poseerán baja densidad y resistencia mecánica (Arostegui, 1984).
2.2.3.3. Características macroscópicas
Para León y Espinoza (2001) las características macroscópicas se observan a primera vista o con el uso de lupas de aumento de 10X. Este medio permite la identificación de la mayoría de las maderas comerciales conocida actualmente en el país. Las características macroscópicas pueden ser aglutinadas en dos grupos: las organolépticas (brillo, olor, gusto, grano, textura, dureza y veteado) y las anatómicas (vasos, parénquima axial y radios parenquimáticos).
A. Albura y duramen
“La albura es la parte activa del xilema, que, en el árbol vivo, contiene células vivas y material de reserva” (IAWA,1989). Las normas IRAM, 9502 (1997) Nº: 674:168.1 definen a la albura como: “la parte del leño expuesta a la alteración total o parcial, cuando el árbol ha sido abatido. La albura conduce gran cantidad d e agua y sales en solución, desde la raíz a las hojas; provee rigidez al tallo y sirve de reservorio de sustancias.”
IAWA (1989) el duramen está compuesto por madera inactiva, con la función principal de sostenimiento del árbol, de estructura compacta y coloración más oscura que la albura. El duramen son las capas internas de la madera con células inertes en el cual el material de reserva ha sido transformado en sustancias del duramen (Giménez et al., 2005).
El duramen puede ser un aspecto muy versátil a nivel de especie, sin embargo, este proceso puede alterarse por disponibilidad de agua, incendios, humedad relativa y muy enfáticamente por las actividades de extracción del pino. Estas actividades rompen con sistemas de microclima que son indispensables para mantener los tejidos meristemáticos secundarios en actividad normal. Este rompimiento genera que estos tejidos y las propias células verticales y horizontales que forman, se alteren y modifiquen su estructura celular (Rivera, Quintana y Pérez, 1999).
B. Anillos de crecimiento
En el corte transversal de la madera se puede diferenciar círculos concéntricos, los cuales se denominados anillos de crecimiento. “Cada anillo representa la cantidad de madera producida por el cambium vascular cuando se presentan condiciones favorables para el crecimiento” (Chavesta, 2006). El crecimiento del árbol se forma por la presencia de meristemos, tejidos capaces de engendrar nuevas células mediante procesos aditivos y multiplicativos, generando tejidos primarios con estructura gruesa y larga (León y Espinoza, 2001). Se da como resultado del crecimiento radial causado por el cambium, formando xilema secundario durante el periodo de crecimiento. Sus dimensiones se deben a las condiciones ambientales (Chavesta, 2006). El cambium vascular es el meristemo lateral que forma los tejidos secundarios, se localiza entre el xilema y el floema, este contiene dos tipos de células: las fusiformes alargadas y las radiales. Las células fusiformes dan origen a todas las células de xilema y del floema, y las células radiales dan origen a células radio medular para el caso de las coníferas (Maldonado, 2004).
C. Veteado
Posición de las células y está definido por los anillos anuales, se refiere al diseño que forma la veta y es consecuencia de diversos factores, (condiciones de crecimiento, traumas por condiciones ambientales o artificiales) que varía según el plano de corte del tronco, los anillos se manifiestan en forma de círculos concéntricos (Gática, 2010).
D. Color
El color lo definen las sustancias que se encuentran en el lumen celular o por sustancias que se adhieren a la pared celular tales como pigmentos, taninos, resinas, goma; siendo la madera un material fibroso, ocurren efectos de reflexión y refracción (Gática, 2010).
E. Olor
Está originado por sustancias colorantes, xilócromas, depositadas en el interior de las células constitutivas de los tejidos que impregna al mismo tiempo las paredes celulares. Entre estas sustancias pueden citarse las resinas, gomas, gomo-resinas, derivados tánicos, colorantes como la morina etc (Barañao, Penón, Craig, Cucciufo y De Falco, 2008).
F. Textura
La textura es característica y está relacionada a la distribución y tamaño de los elementos anatómicos (poros, parénquima y fibras) la cual manifiesta la calidad de la madera en su acabado (Gática, 2010).
“En la madera de coníferas, esta característica se determina por el mayor o menor tamaño de las traqueidas y por la nitidez, espesor y regularidad de los anillos de crecimiento ” (Vásquez y Ramírez, 2011).
G. Grano
El grano está relacionado a los diámetros de los elementos anatómicos y su distribución longitudinal en la madera, dichos elementos cuando se presentan en la madera con tamaños apreciables a la vista se le denominan de grano grueso (Giménez et al., 2005).
“Es la orientación de los elementos longitudinales de la madera con respecto al eje longitudinal de la misma. Se determina en la sección radial o tangencial, y para ello se puede tomar como referencia la orientación de las líneas vasculares” (León y Espinoza, 2001).
2.2.3.4. Características microscópicas
El leño de las coníferas tiene una composición anatómica más elemental que las latifoliadas.
La característica principal de este tipo de maderas son las traqueidas, quienes tienen como objetivo efectuar las funciones de sostén y conducción (León y Espinoza, 2001). Las diferencias de las características microscópicas permiten identificar la madera a pesar de ser especies del mismo género (Olivera, Della y vital, 1988).
En el leño de las coníferas se encuentran los siguientes elementos estructurales:
A. Traqueidas
“Son células que se encargan de llevar a cabo las funciones de conducción de agua y sales minerales y soporte o resistencia mecánica” (León y Espinoza, 2001). En las coníferas el 90 a 95% de su madera o xilema está constituido por traqueidas, el resto está conformado por parénquima axial y radial, éstos no presentan vasos ni fibras, lo cual es la característica de diferenciación principal de las latifoliadas (Vásquez y Ramírez, 2011). Las traqueidas son elongaciones de celulas xilematicas producidas por el cambium vascular, estas celulas son prosenquimaticas es decir, desarrollan especialmente en longitud, son largadas y con puntas elongadas. “Las traqueidas del leño temprano presentan paredes delgadas, lumen grande,
muchas puntuaciones aereoladas; mientras que las traqueidas del leño tardío poseen paredes gruesas, lumen pequeño, pocas puntuaciones aereoladas” (Maldonado, 2004) y (Novak, 2017). Las dimensiones de las traqueidas en la parte bajan del árbol, puede ser ocasionada por una mayor competencia por nutrientes en los primeros años de vida, mientras que en la parte superior del árbol puede ser atribuido a una proporción alta de madera juvenil (Barefoot y Hankins, 1982).
B. Traqueidas axiales
La composición mayoritaria de las coníferas son las traqueidas. Las traqueidas son células que en la madurez tienen una gruesa pared celular lignificada, la cual tienen dos funciones:
resistencia mecánica y conducción de agua y sales minerales. Pueden estar compuestos de hasta el 90 % del volumen leñoso, por lo tanto, está relacionado íntimamente con las propiedades físicas y mecánicas (León y Espinoza, 2001).
La inclinación de las traqueidas influye en la determinación de varias propiedades como es la contracción, dureza etc. el cual puede ser afecta por el ángulo fibrilar, donde el menor ángulo es responsable de una mayor resistencia, en cuanto a mayores ángulos son responsables de mayor elasticidad, en relación a lo mencionado la especie en estudio presentó grano recto, lo que pudo haber influido a un resultado como contracción media (Para Tienne, Oliveira, Palermo, Sousa y Latorraca, 2009).
C. Traqueidas radiales
“Tienen la misma naturaleza que las traqueidas axiales con diferente orientación. Presentan puntuaciones areoladas en sus paredes, son de menor tamaño, de forma de paralelepípedo y se encuentran asociadas a los radios (radios heterogéneos)” (Giménez et al., 2005).
D. Parénquima
El parénquima axial se observa en el corte transversal, en las coníferas su distinción macroscópica es difícil, a causa de que las células de este tejido son de tamaños muy pequeños y paredes muy delgadas (Vásquez y Ramírez, 2011).
E. Células epiteliales
Son células de parénquima axial con funciones específicas en la fabricación de resinas, se encuentran en los canales resiníferos constituyendo un epitelio. Las células epiteliales
pueden presentar paredes espesas y lignificadas o paredes finas no lignificadas (Giménez et al., 2005).
2.2.4. Propiedades físicas de la madera
La caracterización física incide en el comportamiento cuantitativa de la madera y su relación a las influencias externas con fuerzas aplicadas. Además, se añaden las propiedades direccionales; el contenido de humedad; dimensional estabilidad; propiedades térmicas, y la densidad (Campos, 2015).
2.2.4.1. Contenido de humedad
Es la masa de agua contenida en una pieza de madera, la cual está representada como porcentaje de la masa de la pieza anhidra. El contenido de humedad repercute en la capacidad mecánica, es decir a menor contenido de humedad bajo el PSF aumenta la condición mecánica (Díaz, 2005).
El contenido de humedad en sentido transversal presenta un ligero aumento de la médula hacia la corteza, encontrando los valores más altos en la albura. “Lo que puede ser atribuido a que, en las traqueidas del duramen, existen resinas que bloquean la conducción el agua, ocasionando una reducción en la permeabilidad de la madera, por lo que éste no presenta grandes contenidos de humedad” (Wilson y White, 1986).
2.2.4.2. Densidad
Es la cantidad de masa que está presente en una unidad de volumen de madera. La densidad básica se expresa como la relación del peso seco de la madera sobre el volumen verde y su unidad es Kg/m3 o en g/cm3 (Garcia, 2005).
La formula para calcular la densidad básica es
b=𝑚𝑜
𝑣𝑣 𝑔/𝑐𝑚3 Donde:
b = Densidad básica de la madera expresada en gr/cm3. mo = Masa anhidra de la madera, en gramos.
vv = Volumen verde de la madera, en cm3.
Se pueden distinguir cuatro densidades para una misma muestra de madera:
➢ La densidad básica, es la relación entre el peso seco al homo y el volumen verde.
➢ La densidad anhidra, es la relación que existe entre el peso seco al horno y el volumen seco al horno.
➢ La densidad seca al aire, es la relación que existe entre el peso seco al aire y el volumen seco al aire.
➢ La densidad verde, es la relación que existe entre el peso verde y el volumen verde.
2.2.4.3. Contracción
Es la depreciación del volumen de la madera, bajo el PSF y se determina como porcentaje de la dimensión de la madera en estado verde. La contracción es un indicador negativo de los inconvenientes y aprietos que se encuentran en la actividad de la construcción. Por debajo del 30% del PSF disminuye el volumen de las paredes celulares y como efecto pierde masa.
“En la mayoría de las especies la contracción radial es sólo un 50% del valor de la contracción tangencial. Proporcionalmente como un promedio de todas las especies, la contracción en las tres direcciones principales (tangencial, radial, longitudinal) tiene una razón de 100:50:1” (Díaz, 2005).
Para Goche, Fuentes, Borja y Ramírez (2001) los factores que intervienen en la variación de las contracciones son las circunstancias ambientales, que influyen en la tasa de crecimiento de los anillos, además se asocian en la disminución del porcentaje de madera tardía lo que ocasiona una disminución en la densidad básica de la madera.
La contracción se calcula mediante la siguiente formula:
C =𝐷𝑖 − 𝐷𝑓 𝐷𝑖 ∗ 100 Dónde:
C (%) = Contracción, en porcentaje.
Di = Dimensión inicial, en mm.
Df = Dimensión final, en mm.
A. Contracción radial: Contracción perpendicular a las fibras, a través de los anillos anuales de una pieza de madera.
B. Contracción tangencial: La contracción tangencial suele ser de 1,3 a 2,5 veces más grande que la contracción radial. Se da mayor estabilidad cuando ambas contracciones generen menor tensión en la madera.
C. Contracción volumétrica
Esta característica mide la pérdida total del agua higroscópica y libre de la madera.
Cv = 𝑉𝑣 − 𝑉𝑜
𝑉𝑣 ∗ 100 Dónde:
Cv = Contracción volumétrica (%) Vv = Volumen verde (cm3)
Vo = Volumen anhidro (cm3) D. Relación T/R
La contracción tangencial suele ser 1,5 a 2,5 veces más que la contracción radial, cuando más iguales sean ambas contracciones más estabilidad tendrá. Cuando la relación T/R se acerca a 1, la madera presenta mayor estabilidad (Olivera y Silva, 2003).
2.2.5. Propiedades mecánicas de la madera
Las propiedades mecánicas definen la aptitud que tienen el material leñoso a soportar cargas externas (Díaz, 2005).
“Los valores de las propiedades mecánicas son dados en términos de esfuerzos (fuerza por unidad de área) y deformación (deformación que es el resultado del esfuerzo aplicado)”
(Campos, 2015).
2.2.5.1. Flexión estática
Es la capacidad que tiene la madera de doblarse o ser curvado (flexibilidad) en una sección longitudinal, sin romperse (Acuña y Casado, 2005).
Las influencias que afectan a la resistencia a la flexión son: inclinación de la fibra, peso específico, contenido de humedad y los nudos.
A. Módulo de elasticidad
“Es la relación entre el esfuerzo por unidad de superficie sobre la deformación por unidad de longitud, constituyendo una medida de flexibilidad de la madera” (JUNAC, 1984).
B. Módulo de rotura
“Es el esfuerzo mayoritario máximo provocado en una probeta de madera en el momento de su rotura” (JUNAC, 1984).
2.2.5.2. Compresión paralela
Díaz (2005) distingue dos tipos de fuerzas: compresión paralela y compresión perpendicular a la fibra. Cuando una carga de compresión es aplicada perpendicular al grano, produce tensión que deforma las células de la madera perpendiculares a su longitud.
2.2.5.3. Compresión perpendicular
La compresión aplicada en un ángulo al grano produce tensiones que actúan perpendicularmente al grano. “La resistencia a compresión perpendicular está asociada a la dureza y a la resistencia al corte perpendicular. Cuando se alcanza la resistencia máxima ocurre un aplastamiento de las células hasta desaparecer los huecos, lo que implica altas deformaciones” (Campos, 2015).
2.2.5.4. Tensión perpendicular
Es la resistencia producto de dos fuerzas opuestas, que tienden a romper la pieza de madera, alargando su longitud y reduciendo su sección transversal (Garcia & Espinoza, 2013).
2.2.5.5. Cizallamiento
“Es la resistencia que ofrece la madera a fuerzas paralelas de sentido opuesto que tiende a causar que una porción de ella se mueva con respecto a la otra; el esfuerzo de corte es resistido básicamente por la sustancia cementante” (Corma, 2005).
2.2.5.6. Extracción de clavos
Los clavos resisten cargas de extracción, cargas laterales o combinaciones de estas dos (Madera-Clavo). “La resistencia depende de la densidad, del diámetro del clavo, y de la profundidad de penetración. El estado de la superficie del clavo al momento de ser clavado también influye en la resistencia inicial de la extracción” (Campos, 2015).
2.2.6. Composición química de la madera
La madera está constituida por compuestos macromoleculares: lignina, celulosa y poliosas, además de los componentes de baja masa molecular (extractivos y substancias minerales), los cuales están generalmente relacionados en su tipo y contenido, de acuerdo a la especie de madera (Franco, 2005).
“Los componentes orgánicos de la pared celular de la madera son, en general, de dos clases, carbohidratos y los compuestos conocidos como lignina” (Gonzáles, 2005).
2.2.6.1. Celulosa
La celulosa es el mayor componente de la madera, constituyendo aproximadamente el 50 % de la masa de las maderas duras y blandas. Se puede definir como un polímero lineal de alta masa molecular. Está presente en un 40-60 % del contenido de la pared celular (Gonzáles, 2005).
2.2.6.2. Hemicelulosa
“Las hemicelulosas son un grupo de polisacáridos heterogéneos, los cuales son formados a través de rutas biosintéticas, diferentes a las de la celulosa, la cantidad de hemicelulosa en la madera, ésta varía entre un 20 y un 35 % de la misma, presentando mayor contenido en maderas duras” (Casas, 2013).
2.2.6.3. Holocelulosa
El contenido de holocelulosa en la madera es del 70 al 90 % del total de las sustancias de la pared celular libre de extractivos. La presencia de holocelulosa es por lo general mayor en maderas duras (Gonzáles, 2005).
2.2.6.4. Lignina
Realiza múltiples funciones que son esenciales para la vida de las plantas, posee un importante papel en el transporte interno de agua, nutrientes y metabolitos. “Proporciona rigidez a la pared celular y actúa como puente de unión entre las células de la madera, creando un material que es notablemente resistente a los impactos, compresiones y flexiones.
El tejido lignificado resiste al ataque de microorganismos” (Paz, 2008). La lignina es insoluble en agua, en ácidos minerales fuertes y en hidrocarburos, la solubilidad y precipitación de la lignina en ácido sulfúrico al 72% es la base de la determinación cuantitativa, denominada lignina klason o lignina insoluble en ácido (Franco, 2005).
2.2.6.5. Extractivos
“La madera también está compuesta por otro tipo de sustancias, los extractos y las cenizas.
El contenido de extractos y su composición varía en las distintas especies de madera, así como en las diversas partes del árbol” (Casas, 2013).
III. MATERIALES Y MÉTODO 3.1. Lugar de ejecución
Los estudios de características anatómicas se desarrollaron en el Centro de Innovación Tecnológica de La Madera (CITEmadera) – Lima; propiedades físicas y de composición química en el Laboratorio de Industrias Forestales de la Facultad de Ciencias Forestales y del Ambiente de la Universidad Nacional del Centro del Perú; y propiedades mecánicas en el laboratorio de Industrias Forestales de la Universidad Nacional Agraria La Molina.
3.2. Lugar de procedencia de las muestras en estudio 3.2.1. Ubicación política
Las muestras fueron obtenidas de La Cooperativa Agraria Atahualpa Jerusalén de Trabajadores Ltda. – Granja Porcón, que se encuentra ubicado en el departamento de Cajamarca, Provincia de Cajamarca y San Pablo. Carretera a Bambamarca Km. 24. Mapa de ubicación y localización. (ANEXO 04)
3.2.2. Ubicación geográfica
La Cooperativa Agraria Atahualpa Jerusalén de Trabajadores Ltda. – Granja Porcón tiene una extensión total de 11 193.8 ha. y se encuentra ubicada en las coordenadas geográficas:
Latitud Sur : 78º 32’ 00’’ - 78º 43’ 00’’
Longitud Oeste : 06º 56’ 00’’ - 07º 05’ 00’’
Altitud : 2,980 – 3800 m.s.n.m.
3.2.3. Accesibilidad
El acceso a la zona de Granja Porcón desde la localidad de Cajamarca se realiza a través de una autopista de 30 km, compuesta por un tramo asfaltado de 20 km correspondiente a la vía principal y un tramo confirmado de autopista de 10 km. el tiempo total de viaje es de 1 hora.
3.2.4. Clima y ecología 3.2.4.1. Clima
Los bosques de Granja Porcón se desarrollan a 3100 msnm, en las cabeceras de la cuenca del río Jequetepeque, en la sub cuenca del río Rejo. Las condiciones por lo general son ventosas, principalmente en las partes más altas. Las temperaturas son a menudo estables durante todo el año, mientras que las lluvias se caracterizan por una clara estación seca y húmeda. De acuerdo al Mapa Climatológico de la sierra Norte de Cajamarca la zona tiene un clima húmedo y frío (1,306.4 mm y 10.4°C promedio de 10 años) sin estación seca y cambio térmico invernal bien definidos.
3.2.4.2. Ecología (Zonas de vida)
El clima de Granja Porcón es muy homogéneo, según el sistema de clasificación desarrollado por Holdridge se registra tres zonas de vida: páramo pluvial - Supalpino Tropical (pp-SaT) en casi la totalidad de su extensión; bosque húmedo - Montano Tropical (bh-MT) y bosque húmedo - Montano Bajo Tropical (bh-MBT) en menor proporción.
3.2.4.3. Flora
La vegetación existente en la zona se caracteriza por presentar plantas particularmente adaptadas, pero parcialmente invadidas por especies tales como: Alnus jorullensis (aliso), Polylepis racemosa (quinual), Sambucus peruviana (saúco), y en gran proporción por árboles de Pinus radiata procedente de Canadá, Pinus patula procedente de Nueva Zelanda, y en menor intensidad Eucalyptus globulus, además de otras coníferas.
3.2.4.4. Fauna
La fauna silvestre autóctona, nativa o indígena está formada por: Hippocamelus antisensis (venado), Lycalopex culpaeus (zorro andino), Puma concolor (puma andino), aves como Nothoprocta pentlandii (perdiz serrana), Crotophaga sulcirostris (guardacaballo), Turdus philomelos (zorzal), Zonotrichia capensis (gorrión americano), Bubo bubo (búho), Tyto alba (lechuza), Anas platyrhynchos (patos silvestres), Fulica sp. (gallaretas), y varias especies de hábito acuático. La fauna silvestre exótica, foránea o introducida está formada por: Struthio camelus (Avestruz), Psittacoidea (Loros), Psittacidae (Papagayo), Ramphastidae (Tucán), Pavo cristatus (Pavo real), Panthera pardus (Leopardos), Panthera onca (Otorongos), Phasianus colchicus (Faisán), Crax alberti (Paujil) y otros.
