INTRODUCCIÓN
Pinus caribaea var. caribaea Morelet Barret y Golfari es una de las especies forestales de mayor importancia debido a los usos que se hace de su madera, siendo una de las priorizadas en los planes de reforestación en la región occidental y central de Cuba (Castillo y Mendoza, 2018; Pérez et al., 2020).
Por su parte, Oyelere et al. (2019), plantean que el análisis de las características anatómicas de la madera, como es el caso de la determinación de la longitud de las traqueidas, constituye una herramienta fundamental para identificar el comportamiento en uso de la madera. Las características dimensionales de las traqueidas son un elemento de gran importancia para el uso óptimo de la madera: variaciones en grosor de paredes, diámetro del lumen o diámetro total de traqueidas tienen efecto directo sobre la densidad, tasa de contracciones y las diferentes propiedades mecánicas (Marqués et al., 2022).
Winck et al. (2022), exponen que se ha demostrado la existencia de la variación radial y longitudinal de las propiedades de la madera; coincidiendo con Sadiku y Abdukareem, (2019); Zawadzka & Kozakiewicz (2019) y Loiola et al. (2021). Variabilidad que está influenciada por las condiciones de crecimiento existentes en los ecosistemas forestales
Se ha demostrado que existen variaciones de las propiedades de la madera entre árboles individuales desde la médula a la corteza, desde la base hasta la cima en la sección longitudinal del árbol (Sadiku y Abdukareem, 2019); así como entre individuos de la misma especie.
Teniendo en consideración los aspectos antes señalados, el objetivo del presente trabajo está relacionado con la determinación de las variaciones de las características biométricas de las traqueidas y propiedades de la madera de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari dependencia de la procedencia.
MATERIALES Y MÉTODOS
Determinación de las muestras
Se han identificado tres procedencias del Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari en Pinar del Río, Cuba; que son los siguientes: Cajalbana (CA); Marbajita (MB); pertenecientes al municipio La Palmas; así como Malas Aguas, municipio Minas de Matahambre; caracterizadas estas procedencias por estar ubicadas en el Norte de la provincia de Pinar del Río, Cuba. En la Tabla 1, se exponen los principales aspectos que definen la localización geográfica de estas tres procedencias (Figura 1) y (Tabla 1).
Preparación de las muestras
Se derribaron un total de diez árboles por procedencia, que han sido seleccionados de manera completamente al azar, evitando los efectos de borde y árboles menores de 20 cm de diámetro. A la altura de 1,30 m se extrajo una troza de 50 cm de longitud, la cual fue enumerada. La variación radial de las dimensiones de las traqueidas, así como las propiedades mecánicas por muestra en cada troza se realiza desde la médula a la corteza (Figura 2).
Determinación de la variación biométrica de las traqueidas en la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari
La cuantificación de la longitud, diámetro y grosor de las paredes de las traqueidas se determinan a partir de la maceración de la madera muestreada de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari en una solución al 1:1 de ácido glacial acético con Peróxido de hidrogeno. Estas muestras antes de la maceración fueron coloreadas con Azul Astra. Dos laminas conteniendo 20 fibras por lamina fueron analizadas y medidas para cada posición seleccionada en la sección transversal de la troza con un analizador de imágenes semiautomático marca Leitz ASM 68K.
El diámetro medio radial de las traqueidas y el diámetro radial medio de lumen fueron determinados a partir del doble del grosor de la pared, calculado a partir de la sustracción del diámetro del lumen en dependencia del diámetro de las traqueidas. Se emplea el análisis de varianza para determinar estadísticamente la existencia de diferencias significativas entre las variables analizadas para un nivel de significación de p < 0,05; coincidiendo con la metodología propuesta por Vírgen et al. (2022), Winck et al. (2022) y Costa et al. (2023)
Determinación de propiedades físico-mecánicas de la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari
En el Laboratorio de Maderas; perteneciente al Laboratorio de los Materiales, ubicado en Lisboa, Portugal, se ubican las probetas obtenidas en un ambiente climatizado con temperatura de 20 oC y humedad relativa del 65 % (ASTM-D13, 2009), hasta obtener una humedad de equilibrio aproximadamente del 12 %; teniendo en consideración la metodología propuesta por Virgen et al. (2022) y Aramburu et al. (2023).
En la Tabla 2, se exponen aspectos relacionados con las dimensiones de las probetas utilizadas para la determinación de propiedades físico-mecánicas de la madera en dependencia de las diferentes normas utilizadas (Tabla 2).
Propiedades mecanicas | Norma utilizada | Dimensiones de las probetas (mm) | Numero de probetas utilizadas |
Densidad especifica (DENS)12 | UNE 56 531 77 | 20X20X25 | 102 |
Compresión paralela a las fibras (MORC) | ISO3787 | 20x20x60 | 102 |
Módulo de Elasticidad a la flexión estática (MOE) | ISO3133 | 20x20x340 | 102 |
Para la determinación de las magnitudes de las propiedades mecánicas estudiadas se utilizan las siguientes expresiones matemáticas según la metodología desarrollada por García et al. (2013); ASTMD1037-12 (2020); Marini et al. (2021); Vírgen et al. (2022) y Costa et al. (2023) (Ecuación 1), (Ecuación 2) y (Ecuación 3).
Densidad al 12 % de humedad (DENS12)
Donde:
DENS12 |
- Densidad al 12 % de humedad |
cm3 * g-1; P12- |
peso al 12 % de humedad |
g; V12 |
- Volumen a 12 %, m3 |
Compresión paralela a las fibras (MORC)
Donde:
Fmax |
- Fuerza aplicada a las probetas al límite de proporcionalidad |
kgf; a |
- ancho de las probetas, cm |
b |
- grosor de las probetas, cm |
Módulo de elasticidad a la flexión estática (MOE)
Donde:
MOE |
- Modulo de elasticidad a la flexión |
Mpa; P |
- Fuerza aplicada al límite de proporcionalidad |
kgf; L |
distancia entre los puntos de apoyo de las probetas, cm; b- ancho de las probetas, cm; d- Magnitud de la deformación correspondiente a la fuerza aplicada al límite de proporcionalidad, cm; h- grosor de la probeta, cm |
Las diferencias estadísticas en las propiedades de la madera entre procedencias y entre árboles se realiza a partir del análisis de varianza (ANOVA), con un nivel de significación p < 0,05; coincidiendo con las metodologías propuestas por Sadiku y Abdukareen (2019) y Modes et al. (2020).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Influencia de la procedencia y la posición transversal de las probetas en las trozas sobre las dimensiones biométricas de las traqueidas en maderas de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari
Marqués et al. (2022), establecen que uno de los elementos más importantes para la correcta utilización de la madera es el conocimiento de la misma. Su uso adecuado requiere de fases de transformación que permiten tener un material idóneo para la satisfacción de necesidades. Las características anatómicas de la madera ejercen una gran influencia sobre las propiedades físico-mecánicas de la misma.
En la Table 3, se aprecia la longitud promedio de las traqueidas y el grosor de la pared celular de la madera de Pinus caribaea Morelet var. caribaea Barret y Golfari a partir de las tres procedencias analizadas (Marbajita, Cajalbana y Malas Aguas) (Tabla 3).
Marbajita | Cajalbana | Malas Aguas | |
Longitud (mm) | 2.91±0.91b | 2.82±1.12c | 3.08±0.42a |
Diametro (µm) | 40.75±0.88b | 42.37±0.25a | 40.77±0.16b |
Grosor de la pared (µm) | 9.74±1.87b | 8.35±0.37c | 10.52±2.22a |
Resultados con la misma letra línea no presentan diferencias significativas p < 0,05.
A partir de los resultados obtenidos y teniendo en consideración el análisis estadístico de comparación de medias (Anova), se puede establecer que existen diferencias significativas de las dimensiones de las traqueidas entre procedencia. Se demuestra que las mayores dimensiones aparecen en las maderas procedentes de Malas Aguas en el caso de la longitud de las traqueidas y grosor de la pared celular. Características que tienen un efecto positivo sobre la calidad de la madera; teniendo en consideración los resultados obtenidos por Trevisan et al. (2013) y Winck et al. (2015).
Con respecto a la longitud de traqueidas, su variación tiene efecto directo sobre algunos campos de utilización. Por ejemplo, en la industria de pulpa y papel se determinan una serie de índices morfológicos que permiten conocer la aptitud de una especie para ese tipo de producto y algunos de esos índices toman en consideración la longitud de las traqueidas (Marqués et al., 2022).
Se define que las células más largas dan resistencia al papel; aunque en ocasiones la resistencia a la tensión, que habitualmente es la propiedad más asociada con la mayor resistencia del papel, depende más bien del enlace entre las fibras que de la longitud de éstas, pero a su vez, el grado de entrecruzamiento de las células tiene relación directa con su longitud. Adicionalmente, las variaciones de longitud de traqueidas en sentido transversal son el elemento más confiable para delimitar las zonas de madera juvenil y madera adulta; elemento de gran importancia debido a las grandes diferencias de comportamiento tecnológico entre ambas zonas.
Por otra parte, en la dirección radial de las trozas, se aprecia que las dimensiones biométricas de las traqueidas varian con un comportamiento creciente desde la médula a la corteza para las tres procedencias en estudio; coincidiendo con Kiaei (2012).
En la Figura 3, se aprecia el comportamiento biométrico de las traqueidas según la posición radial de las muestras de madera de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari para la procedencia Cajalbana, que presenta un comportamiento similar a las procedencias Marbajita y Malas Aguas (Figura 3)
Influencia de la procedencia y la posición radial sobre las propiedades físico mecánicas de la madera de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari
Los resultados de las propiedades físico mecánicas de la madera que se analizan en el presente estudio aparecen en la Tabla 4, donde se aprecia a partir de un análisis de comparación de medias (Duncan), que existe diferencias significativas entre procedencias para p < 0,05 (Tabla 4).
Propiedades de la madera | CAJALBANA | MARBAJITA | MALAS AGUAS |
DENS, Kg/m3 | 656.07a | 664.92a | 722.47ª |
MORC, MPa | 41.14a | 41.40a | 46.83a |
MOE, MPa | 13 669.96b | 14 212.61ab | 18 133.86a |
Resultados con la misma letra línea no presentan diferencias significativas p < 0,05.
Por lo tanto, a partir de la magnitud de los resultados expuestos, se demuestra que la procedencia presenta una determina influencia sobre el comportamiento físico mecánico de la madera, considerando que la procedencia Malas Aguas es la que presenta los mejores indicadores relacionados con sus propiedades físico-mecánicas. Lo cual subraya la necesidad de considerar el papel de las procedencias al explicar los resultados contradictorios sobre las propiedades de la madera. Aspectos que se relacionan con los resultados obtenidos en la Tabla 3; lo cual posibilita exponer que en la medida que aumenten las dimensiones de las traqueidas, aumentan las propiedades físicas y mecánicas estudiadas; coincidiendo con Trevisan et al. (2013) y Winck et al. (2015).
A partir de los elementos antes expuestos, se puede definir que los mismos son la base teórica para la selección de procedencias como una forma de mejorar las propiedades de la madera; coincidiendo con Sandak et al. (2019) y Kask et al. (2021).
En la Tabla 5, se aprecia que existe una relación positiva entre la densidad y las propiedades mecánicas de la madera; lo que demuestra que a medida que aumente la densidad, aumenta la resistencia a la compresión y módulo de elasticidad; coincidiendo con los resultados obtenidos por Missanjo y Matsumura (2016), Herrera et al. (2017); así como Miyosi et al. (2018), que definen que, a partir del control de la densidad de la madera en programas de mejoramiento, se podrá obtener un impacto positivo sobre sus propiedades mecánicas (Tabla 5).
DENS | MORC | MOE | |
DENS | 1.00 | 0.37* | 0.39* |
MORC | 0.37* | 1.00 | 0.53* |
MOE | 0.39* | 0.53* | 1.00 |
* Significación para un nivel de probabilidad de 95 %
Se define que la Densidad es una de las más importantes propiedades de la madera, ya que constituye un excelente indicador de rendimiento y calidad de los productos sólidos y reconstruidos a base de madera (Antony et al., 2012).
En la Tabla 6, se exponen los resultados que relacionan las propiedades de la madera en dependencia de su posición radial, aspecto que es muy importante durante la definición de los esquemas de aserrado y los métodos de procesamiento secundario que se deben utilizar para obtener productos maderables con la máxima calidad posible.
Pos 1 | Pos 2 | POS 3 | POS 4 | |
DENS, Kg/m3 | 607.19 a | 637.84 a | 680.16 a | 682.52 a |
MORC, MPa | 29.99 c | 38.07 b | 43.44 a | 43.21 a |
MOE, MPa | 6986.56 c | 11581.94 b | 15600.35 a | 13704.82 ab |
Resultados con la misma letra línea no presentan diferencias significativas p < 0,0
Al realizar un análisis de varianza, a partir de la prueba de Duncan, se aprecia que existe diferencia significativa en los resultados obtenidos, demostrando que las propiedades de la madera de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari, aumentan de la médula a la corteza, coincidiendo con los resultados obtenidos por Riki et al. (2019); Zawadzka y Kozakiewicz, (2019), así como Belleville et al. (2020).
De las medidas obtenidas de los 30 árboles, se puede concluir que las propiedades físico mecánicas dependen no solo de la densidad sino también de la posición en el fuste, ya que alrededor de la médula se encontró un mayor porcentaje de madera juvenil en los especímenes de madera ensayados. La fuerte influencia de la madera juvenil en las propiedades de la madera fue demostrada por Garbachevski et al. (2022).
CONCLUSIONES
Los resultados obtenidos permiten concluir que las dimensiones biométricas de las traqueidas y las propiedades físico-mecánicas de la madera de Pinus caribaea Morelet var caribaea Barret y Golfari varían entre procedencia; resultando Malas Aguas la que presenta los mejores indicadores.
Los resultados muestran un fuerte efecto del parámetro distancia de la médula a la corteza en todas las características de la madera estudiadas.
En la medida que aumenten las dimensiones de las traqueidas, aumentan las propiedades físicas y mecánicas.
Se aprecia una importante relación positiva entre las propiedades de resistencia de la madera y su densidad.