ESTUDIO COMPARATIVO DE LA RESISTENCIA MECANICA Y PROPIEDADES FISICAS DE LA MADERA DE LAS CUATRO...

ESTUDIO COMPARATIVO DE LA RESISTENCIA MECANICA Y PROPIEDADES

FISICAS DE LA MADERA DE LAS CUATRO ESPECIES DEL GENERO Pinus

MÁS COMERCIALIZADAS EN COLOMBIA

OSCAR IVÁN GARAVITO QUESADA

MARCO ANTONIO CARDOZO RODRIGUEZ

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERIA FORESTAL

BOGOTÁ D.C.

2010

ESTUDIO COMPARATIVO DE LA RESISTENCIA MECANICA Y PROPIEDADES

FISICAS DE LA MADERA DE LAS CUATRO ESPECIES DEL GENERO Pinus

MÁS COMERCIALIZADAS EN COLOMBIA

OSCAR IVÁN GARAVITO QUESADA 20032010023

MARCO ANTONIO CARDOZO RODRIGUEZ 20031010013

PROYECTO DE AUXILIARES DE INVESTIGACIÒN PRESENTADO COMO

REQUISITO PARCIAL PARA OPTAR AL TITULO DE INGENIERO FORESTAL

Director:

Cesar Polanco

Ingeniero Forestal

UNIVERSIDAD DISTRITAL FRANCISCO JOSE DE CALDAS

FACULTAD DEL MEDIO AMBIENTE Y RECURSOS NATURALES

INGENIERIA FORESTAL

BOGOTÁ D.C.

2010

Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las

Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia

Tabla de Contenido

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................11. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.......................................................................2

1.1 Descripción del Problema....................................................................................2

1.2 Formulación del Problema...................................................................................3

2. OBJETIVOS..................................................................................................................42.1 Objetivo general.....................................................................................................4

2.2 Objetivos específicos............................................................................................4

3. HIPÓTESIS Y VARIABLES........................................................................................43.1 Hipótesis..................................................................................................................4

3.2 Variables.................................................................................................................5

4. JUSTIFICACIÓN..........................................................................................................65. MARCO TEÓRICO......................................................................................................7

5.1 Antecedentes..........................................................................................................7

5.2 Marco conceptual................................................................................................13

5.2.1 Propiedades mecánicas..............................................................................135.2.2 Propiedades elásticas..................................................................................135.2.3 Resistencia....................................................................................................145.2.4 Propiedades físicas......................................................................................16

6. METODOLOGÍA.........................................................................................................186.1 Obtención de las probetas.................................................................................18

6.2 Propiedades físicas.............................................................................................21

6.3 Propiedades mecánicas.....................................................................................21

6.4 Comparación de la resistencia mecánica y propiedades físico-mecánicas

de la madera de las cuatro especies más comercializadas en Colombia del

genero pinus....................................................................................................................22

6.5 Determinación del uso más apropiado para la madera de pinus patula,

pinus oocarpa, pinus caribaea y pinus radiata..........................................................22

7. RESULTADOS DE PROPIEDADES FÍSICAS......................................................238. RESULTADOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS..............................................259. ANÁLISIS DE RESULTADOS..................................................................................26

9.1 Resultados de propiedades físicas...................................................................26



9.2 Resultados de los módulos de las pruebas.....................................................27

9.2.1 Flexión estática radial..................................................................................279.2.2 Flexión estática tangencial.........................................................................299.2.3 Compresión paralela....................................................................................319.2.4 Compresión perpendicular radial...............................................................339.2.5 Compresión perpendicular tangencial......................................................349.2.6 Cizallamiento.................................................................................................359.2.7 Dureza............................................................................................................359.2.8 Impacto..........................................................................................................36

9.3 Clasificación de las propiedades mecánicas..................................................38

9.4 Usos potenciales..................................................................................................40

9.4.1 Factores de corrección................................................................................409.4.2 Rangos de comparación.............................................................................419.4.3 Usos encontrados........................................................................................419.4.4 Especies con propiedades mecánicas similares las del presente estudio..........................................................................................................................45

9.5 Análisis estadístico comparativo entre especies............................................48

10. CONCLUSIONES....................................................................................................5011. RECOMENDACIONES..........................................................................................5212. BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................54



INTRODUCCIÓN

Las cifras de la superficie reforestada en Colombia varian, aunque la contribución

de las plantaciones al suministro de madera industrial se estima en alrededor del

20% de la oferta nacional, y de esta área establecida un 73% está plantada con

especies introducidas (pinos y eucaliptos) (FAO, 2004).

Según el ZIF(2001) (Establecimiento e Implantación de un Sistema de Información

Estadístico Forestal), el área reforestada en Colombia alcanza las 350.064 ha. de

las cuales 204.305 ha se han realizado con fines de recuperación y protectores, y

145.759 ha. tienen fines industriales; dentro de estas últimas, las especies más

utilizadas son: Pinus pátula con un área de 53.197 ha, Eucalyptus grandis con

15.265 ha., Pinus caribaea con 10.365 ha., sin embargo, aunque pertenezcan al

mismo genero, e incluso a la misma especie, las propiedades fisicas y mecanicas

de la madera pueden diferir de una procedencia a otra (Carlquist, 2001), la madera

de cada especie posee propiedades físicas y mecánicas propias que la diferencian

de sus congéneres, lo cual seguramente hace a la madera de cada especie mas

apta que otra para usos determinados.

Para hallar estas diferencias y aptitudes, se plantea este estudio que pretende en

primera medida, determinar los valores de la resistencia mecanica y propiedades

físicas de las maderas más comercializadas en Colombia del genero Pinus que

aun no han sido estudiadas de una forma comparativa,

En segunda instancia, por medio de un modelo estadístico se pretende hacer una

comparación de las propiedades de las especies estudiadas, con el fin de

establecer los usos más idóneos para la madera de cada especie con lo cual se

logra obtener un mayor valor agregado.

1



Este estudio es muy útil para empresas que utilizan especies de pino para sus

productos, es el caso de la Empresa REFORESTADORA DE LA COSTA S.A. que

utiliza y comercializa productos elaborados con diferentes géneros de pino como

el Pinus patula, Pinus radiata, Pinus oocarpa y Pinus caribaea, es por este interés

que esta empresa brindo apoyo a esta investigación suministrando las muestras

de madera para realizar los ensayos.

1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA

1.1 Descripción del Problema

El mercado de pino en Colombia está liderado por la Empresa Reforestadora de la

Costa S.A., que tiene plantaciones de Pinus en diferentes lugares del país; Pinus

patula y Pinus oocarpa en Lisbran-Risaralda y Pinus caribaea en el Proyecto de

Villanueva – Casanare. Además en el año 2007 se creó Arauco Colombia S.A.,

una filial de la empresa Chilena ARAUCO con el propósito de actuar en el

mercado de Colombia para la comercialización de todos los productos de madera

y que hoy en día esta posicionando fuertemente en el mercado con la madera de

Pinus radiata. Por todo esto se consideran estos cuatro géneros de pino los mas

comercializados en el país.

Estas especies han servido de materia prima en diversidad de productos de forma

indistinta, es decir se utiliza la madera de las cuatro especies sin considerar que

tienen características diferentes, esta situación genera un uso inadecuado de la

madera de pino, siendo subutilizada en algunos productos o sobreestimando sus

cualidades en otros debido principalmente al desconocimiento de sus propiedades

físico-mecánicas. En consecuencia, es necesario definir claramente estas

2



diferencias de forma tal que sean una herramienta de análisis en el momento de

utilizar una de estas maderas para un uso determinado.

Además es interesante conocer la diferencia existente entre las propiedades de

las maderas de pino producidas en Colombia con las del pino chileno de tal forma

que se puedan destacar las ventajas comparativas de la madera colombiana, que

puedan existir.

1.2 Formulación del Problema

¿Cuáles son los valores de resistencia mecánica y las propiedades físicas

de la madera de las especies Pinus caribaea, Pinus patula, Pinus oocarpa

producidas en Colombia y Pinus radiata procedente de Chile?

¿Cuáles son las diferencias significativas entre las propiedades físico-

mecánicas de la madera de las especies Pinus patula, Pinus oocarpa,

Pinus caribaea y Pinus radiata?

¿Cuáles son los usos de mayor valor agregado para la madera de las

especies de las cuatro especies más comercializadas en Colombia del

genero Pinus?

3



2. OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Estudiar de manera comparativa la resistencia mecánica y propiedades físicas de

la madera de las cuatro especies más comercializadas en Colombia del genero

Pinus.

2.2 Objetivos específicos

Conocer en laboratorio la resistencia mecánica de la madera de las

especies Pinus caribaea, Pinus patula, Pinus oocarpa y Pinus radiata.

Conocer las propiedades físicas de las especies Pinus caribaea, Pinus

patula, Pinus oocarpa y Pinus radiata.

Comparar las propiedades mecánicas de la madera de las especies Pinus

patula, Pinus oocarpa, Pinus caribaea y Pinus radiata.

Recomendar los usos de mayor valor agregado para la madera de las

especies de las cuatro especies más comercializadas en Colombia del

genero Pinus.

4



3. HIPÓTESIS Y VARIABLES

3.1 Hipótesis

Los posibles resultados de las propiedades mecánicas de la madera dan pie al

establecimiento de las siguientes hipótesis:

Hipótesis alterna: Los resultados obtenidos de los ensayos de propiedades

mecánicas de la madera de las cuatro especies del genero Pinus mas

comercializada en Colombia (Pinus patula, Pinus caribaea, Pinus oocarpa y Pinus

radiata), demostrarán que existe una diferencia significativa entre las propiedades

mecánicas de dichas especies conformando grupos diferenciados, dando así,

lugar a la asignación de usos adecuados para cada grupo.

Hipótesis nula: Los resultados obtenidos de los ensayos de propiedades

mecánicas de la madera de las cuatro especies del genero Pinus mas

comercializada en Colombia (Pinus patula, Pinus caribaea, Pinus oocarpa y Pinus

radiata), demostraran que las características mecánicas de estas maderas no

presentan una diferencia significativa entre ellas, por lo que todas pertenecen a un

mismo grupo de uso.

5



3.2 Variables

Las variables que se hallaran en esta investigación, son aquellas que tienen mayor

relevancia para poder demostrar una de las hipótesis de este estudio, las variables

a medirse se encuentran en la tabla 1.

Tabla 1. Variables a medir.

PRUEBA VARIABLES UNIDADES

Flexión estática

Módulo de elasticidad (MOE)

Resistencia unitaria máxima (RUM)

Esfuerzo en el límite proporcional (ELP)

Kg/cm2

Kg/cm2

Kg/cm2

Cizallamiento Esfuerzo unitario máximo (EUM) Kg/cm2

CompresionResistencia en el límite proporcional (RLP)

Resistencia unitaria máxima (RUM)

Kg/cm2

Kg/cm2

DurezaResistencia en los extremos

Resistencia lateral

Kg/cm2

Kg/cm2

Impacto Resistencia máxima Kg/m/cm2 Kg/cm2

Fuente. Medina & Cifuentes 2005

4. JUSTIFICACIÓN

Es evidente que uno de los géneros de mayor importancia económica para la

industria maderera en Colombia es el Pinus, por muchos años ha sido la madera

más popular para la elaboración de innumerables productos; lo que no es claro

tanto para reforestadores como para comerciantes y usuarios es cuál de las

especies más comunes de Pino es la más adecuada para la elaboración de cada

producto.

Es así como, este estudio surge de la necesidad de conocer y comprender los

valores de resistencia mecánica y propiedades físicas de la madera de las cuatro

6



especies del género Pinus más plantadas y comercializadas en Colombia, a partir

de lo cual se podrán establecer los usos que mayor valor agregado le impriman a

cada producto.

Además, el mercado de pino en Colombia está siendo inundando con madera de

Pinus radiata importada desde Chile a bajo costo, que se comercializa a menor

precio que la madera local, afectando el mercado interno, para contrarrestar esta

situación, es necesaria una evidencia científica que justifique el mayor valor de la

madera colombiana dado sus mejores características estructurales. Por tanto los

resultados de este estudio pueden ser utilizados como una estrategia de ventas

con rigor científico para las empresas colombianas entre ellas REFORESTADORA

DE LA COSTA S.A.

7



5. MARCO TEÓRICO

5.1 Antecedentes

Vega Castellón. (1985) realizo un estudio de Esfuerzo de vigas en I con flancos de

Pinus oocarpa, esta investigación fue realizada con el fin utilizar vigas compuestas

como elementos de tipo estructural para la construcción. La resistencia presentada

por estas vigas no fue la esperada debido a la mala calidad de la madera de Pinus

oocarpa pero entre los límites aceptables para la construcción. Según las norma

establecidas por el PADT – REFORT, estas vigas no cumplen con las condiciones

para ser utilizadas en construcciones pesadas, pero si son ideales para

construcciones livianas donde actúen en conjunto con otros elementos1.

Montoya A. (1991) evaluó la resistencia a la flexión de postes de Pinus patula

como una alternativa en la utilización de postes para la conducción de redes de

energía eléctrica y telefónica, lo que se encontró en ese estudio es que el esfuerzo

admisible es similar a otros pinos, pero inferior a otras especies como la teca2

Según Henao G. & Uribe I. (1992) en su estudio Propiedades físicas-mecánicas y

trabajabilidad de la madera juvenil de Pinus patula, la madera juvenil de Pinus

patula es menos densa, menos resistente y con mayor inestabilidad dimensional

que la madera madura de esta especie por lo que no cumple con los requisitos

para madera estructural3

En el estudio llamado Propiedades físico-mecánicas, secado y trabajabilidad del

Pinus oocarpa para dos edades, realizado por Marín & Osorno (1997) se

encontraron bajos resultados en cuanto a las densidades y diferentes resistencias,

1 VEGA CASTELLON, 19852 MONTOYA, 1991.3 HENAO G. & URIBE I. 1992. Propiedades físicas-mecánicas y trabajabilidad de la madera juvenil de Pinus patula

8



aunque presento buena trabajabilidad para las dos edades, en especial en

moldurado. Los resultados del estudio se presentan en las tablas siguientes4:

Fuente Marín & Osorno 1997

4 MARIN & OSORNO, 1997. Propiedades físico-mecánicas, secado y trabajabilidad del Pinus oocarpa para dos edades

9



En el año 2000, se desarrollo una investigación para determinar las propiedades

físicas y mecánicas a la especie Pinus patula, a diferentes contenidos de

humedad, aplicando tres tratamientos de inmunizado y tres métodos de secado.

La procedencia de este pino fue Yucul, Nicaragua los valores que se obtuvieron en

las propiedades físicas clasifican a la madera como medianamente pesadas, de

contracción moderada y estabilidad desfavorable. “Para construcción se clasifico

en la clase C donde se encuentran las maderas de menor resistencia y como

madera de uso no estructural se considero medianamente dura, con una

durabilidad no muy alta…” (Salazar & Roldan, 2000).

El Estudio5 del 2003 realizado por Márquez G. & Pando Caracterización del

comportamiento en flexión de vigas laminadas con pino Caribe (Pinus caribaea),

caracteriza el comportamiento en flexión de vigas prismáticas construidas con esta

madera encontrando parámetros elásticos y comparándolos con la madera

aserrada (maciza). El resultado final de éste estudio consiste en determinar

parámetros de diseño estructural como módulo de elasticidad longitudinal,

esfuerzo en el límite proporcional, presión de prensado, acabado de las

superficies; La densidad básica del pinus caribaea (Db=0.54gr/cm3) y por tanto sus

propiedades mecánicas, se encuentran en el límite superior del grupo C según la

norma NSR-98, Esto le confiere parámetros de diseño muy superiores a los de

otras maderas como la del Pinus radiata utilizada para el mismo fin (Db=0.39

gr/cm3) o la del Pinus patula densidades comparadas en el grafico 1.

5 MARQUEZ G. & PANDO M., 2003. Caracterización del comportamiento en flexión de vigas laminadas con pino caribe (pinus caribaea)

10



Gráfico 1. Comparación de las densidades básicas de tres géneros de Pinus

diferente. Fuente Marquez & Pando, 2003

El Estudio de las Propiedades Físicas y Mecánicas de la Especie Pinus oocarpa

proveniente de Aclareos en la Plantación “Emilio Menotti Sposito” de 35 Años de

Edad con Fines Protectores, en Mérida (Venezuela), mostro en los resultados

obtenidos en las propiedades físico-mecánicas se observa que los mismos son

prometedores para ciertos usos tales como: embalajes, artesanías, chapas,

chapillas, ebanistería, machihembrado, entre otros, a pesar de ser un estudio

exploratorio (Ramirez & Garay, 2004).

En el año 2005 Grisales H. realizo un Ensayo para la REFORESTADORA DE LA

COSTA S.A. de Propiedades Físico Mecánicas del pino Caribe (Pinus caribaea)

en el Laboratorio de Tecnología de Maderas Universidad Distrital, en que se

establecieron las Propiedades Físico Mecánicas, de secado, durabilidad natural,

Preservación, trabajabilidad y usos actuales.

En el 2007 se hizo una determinación de las características Físicas de la madera

de pino Procedente de raleos en el noreste de España, donde se estudió la

densidad, contracción, higroscopicidad y punto de saturación de la pared celular

en la madera de ejemplares jóvenes de tres especies importantes en la producción

maderera española entre ellas el Pinus radiata; En el caso de Pinus radiata la

11



madera analizada es bastante más ligera y estable que la madera procedente de

pies adultos, aunque es más higroscópica y presenta mayor contracción

longitudinal que la madera de madurez (Muñoz & Diaz, 2007).

En un artículo6 publicado en el 2005 se evaluó las propiedades de la madera de

pinus radiata juveniles creciendo en presencia y ausencia de vegetación

competidora de sotobosque en un sitio de tierras secas esto con mediciones

mensuales durante un periodo de 2 años encontrando que la presencia de las

malas hierbas aumentó significativamente la densidad de la madera (11%),

espesor de pared (6%) y el módulo de elasticidad (MOESS, 93%), y el ángulo de

las microfibrillas fue reducido significativamente (AMF, -21%) y el diámetro radial (-

8%).

En otro artículo7 publicado en el 2007 por Benjamin Wielinga, Robert Waterworth y

Cris Brack se evaluó los efectos del riego y fertilizantes en la densidad de la

madera a distintas alturas para Pinus radiata Este estudio examinó el efecto

combinado de 19 años de la fertilización nitrogenada y riego en la densidad

básica a lo largo de los tallos de Pinus radiata los arboles muestreados provenían

de 2 tratamientos uno C de control y el otro IL irrigado y liquido con fertilizante

Encontrando que aunque la densidad básica disminuía con la altura para ambos

casos la tasa relativa de la disminución fue diferente entre los tratamientos. La

densidad de los árboles C disminuyo de manera constante con la altura de los

árboles, mientras que IL celebró una densidad relativamente constante alrededor

de la mitad de su altura total.

Al hacer una revisión y análisis de algunos trabajos realizados anteriormente de

las propiedades físicas y mecánicas de diferentes pinos, es claro que existen

6 WATT MICHAEL Y DOWNES GEOFFREY, 2005. Wood properties of juvenile Pinus radiata growing in the presenceand absence of competing understorey vegetation at a dryland site, Springer-Verlag, Trees (2005) 19: 580–586

77 WIELINGA BENJAMIN, WATERWORTH ROBERT Y BRACK CRIS BRACK, 2007, Fertiliser and irrigation effects on

wood density at various heights for Pinus radiata Springer-Verlag Eur J Forest Res (2008) 127:63–70

12



diferencias en estas, las cuales podrían hacer que alguno de estos sea más apto

que otro para diversos usos, pero además se comprueba que incluso para la

misma especie existe una diferencia en sus propiedades físico-mecánicas3; estas

diferencias pueden estar dadas por la procedencia de la madera, al estar sometida

a diferentes condiciones ambientales8, competencia6, o incluso el manejo que se le

da a la plantación como el caso de las fertilizaciones7 o tal vez al estado de

madures de la misma especie4, donde la madera juvenil presenta características

muy inferiores a la madera de individuos adultos en cualquier caso establecer

estas propiedades tanto físicas como mecánicas de una manera comparativa

desde el punto de vista de especies pertenecientes a un mismo género se vuelve

un imperativo.

5.2 Marco conceptual

5.2.1 Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas de la madera son las que determinan la capacidad

que tiene este material para resistir fuerzas externas. El comportamiento mecánico

de la madera depende no solo de su misma composición y estructura, sino de su

contenido de humedad y del tipo de fuerza(s) o carga(s) aplicada(s). Considerando

las propiedades de la madera, hay que tomar en cuenta esta heterogeneidad, lo

que trae como consecuencia fluctuaciones de las propiedades mecánicas. Los

factores de mayor influencia en las propiedades mecánicas son: peso especifico,

contenido de humedad, dirección de las fibras y nudos (Lastra, 1987).

Las características estudiadas en las propiedades mecánicas de la madera son las

siguientes:

8 CARLQUIST, 2001

13



5.2.2 Propiedades elásticas

Elasticidad: Es la propiedad que permite a un cuerpo recuperar sus dimensiones

originales cuando cesa la carga que las modificó. El comportamiento elástico va

hasta cierto límite de carga, por encima del cual, a más carga, el cuerpo se rompe

o, al suprimirla, se producen deformaciones permanentes. Este límite donde

termina el comportamiento elástico y comienza el plástico se denomina Limite de

Elasticidad o Limite Proporcional o Limite Elástico (Guevara, 2001).

La elasticidad se mide por el valor del Módulo de elasticidad (E). En la mayoría de

los casos este valor E es ficticio, porque el material no puede soportar esta

tensión, sino que se rompe con anterioridad. La madera por ejemplo tiene valores

de E. entre 80.000 y 200.000 Kg/cm2. Ninguna madera puede resistir esta tensión,

sino que rompe-por debajo de 2000 kg/cm2 de tensión9.

MOE= (pl3) / (4ybh3)

Donde:

p: carga constante que produce la deformación constante

l: luz o distancia entre apoyos

y: deformación constante producida por p

b, h: ancho y alto de la probeta

5.2.3 Resistencia

La propiedad que tiene la madera de oponerse a la falla por efecto de las fuerzas

aplicadas sobre ella se conoce como resistencia9. 9 LASTRA, 1987

14



Una fuerza o sistema de fuerzas actuando sobre un cuerpo, ya sea externamente

o internamente como fuerzas resistentes, es conocido como un esfuerzo. En la

madera existen varios esfuerzos según las fuerzas que actúan: (Lastra, 1987)

Tracción o tensión: Es el resultado de aplicar una o dos fuerzas que tratan de

alargar o estirar la madera. Se puede presentar también, como en el caso de la

compresión, paralela o perpendicular a las fibras o grano10 (Albornoz H. &

Toloza , 2003).

Compresión: Es el esfuerzo que se origina o que se produce cuando una o

varias fuerzas tratan de comprimir o aplastar un cuerpo o elemento estructural.

Para el caso de la madera, la compresión puede ser paralela a la dirección del

las fibras o grano, o puede ser perpendicular a dicha dirección. (Traviesas) La

resistencia al esfuerzo se da en kg/cm2. La perpendicular puede ser tangencial

o radia (ibid)

Flexión: es un esfuerzo denominado secundario, resultante de la combinación

de un esfuerzo de compresión en la cara que recibe la carga y de tracción en la

cara opuesta. El cambio de compresión a tracción se produce en un plano

neutro en el cual se produce un esfuerzo de corte o cizallamiento (Guevara,

2001)

Dureza: Es la resistencia que opone la madera a la penetración de un objeto.

Esta dureza puede ser lateral (dureza en las caras radial o tangencial) o

longitudinal (en las caras transversales).

Hendimiento o clivaje: Es la resistencia que opone la madera a ser rajada, al

aplicarle dos fuerzas de sentido contrario que tratan de partir o rajar la madera

10 ALBORNOZ H. & TOLOZA A, 2003.

15



en dos partes. (Lastra). Las maderas con grano entrecruzado presentan buena

resistencia al clivaje (Guevara, 2001).

5.2.4 Propiedades físicas

Las propiedades físicas de la madera son aquellas que determinan su

comportamiento frente a los distintos factores que intervienen en el medio natural,

sin producir ninguna modificación mecánica o química. Estas propiedades

engloban a las que determinan su comportamiento (Albornoz & Toloza, 2003):

con el agua (contenido de humedad, sorción, hinchazón, merma)

a la gravedad (peso específico, densidad, porosidad)

a la penetración de los gases y fluidos (permeabilidad)

De todas ellas nos centramos en las más importantes y principales.

5.2.4.1 Contenido de humedad de la madera

El contenido de humedad de la madera, “h”, se define como la masa de agua

contenida en la madera expresada como porcentaje de la masa anhidra.

h = (Ph - P0) x 100 / P0

Siendo: Ph = peso húmedo de la probeta. P0 = peso anhidro de la probeta,

obtenido por desecación en estufa a una temperatura de 103 ± 2 ºC. En la fórmula

se observa que el numerador representa la masa de agua que tiene la madera

(IBID).

5.2.4.2 Hinchazón y contracción de la madera

La variación del contenido de humedad produce en la madera una variación de

sus dimensiones. Cuando aumenta dicho contenido se hincha, mientras que

cuando disminuye se contrae o merma. Estos movimientos sólo tienen lugar

16



cuando su contenido de humedad se encuentra por debajo del punto de saturación

de las fibras (aproximadamente cuando tienen una humedad del 30%), a partir del

30% sólo se produce un aumento de peso y su volumen permanece prácticamente

constante.

La expansión se calcula por la expresión:

E (%) = ((Dv – Ds)/ Ds) x 100

Donde: E = Expansión o hinchamiento

Dv = Dimensión de la madera verde.

Ds = Dimensión de la madera seca.

Debido a su anisotropía, las variaciones dimensionales no serán las mismas en las

direcciones axial, radial y tangencial. Estas contracciones o mermas modifican

también como es natural su volumen. Para evaluarlas se han definido los

coeficientes de contracción: contracción volumétrica total, contracción tangencial y

contracción radial.

La diferencia entre la contracción radial y la tangencial es la causa por la que se

deforman las maderas durante el proceso de secado; por esa razón, en

ebanistería se emplean maderas cuyas contracciones radiales y tangenciales son

muy parecidas, siendo más apreciada la madera cuanto menor es la diferencia

entre ambas. Según sus coeficientes la madera se clasifica como: muy nerviosa,

nerviosa, moderadamente nerviosa y poco nerviosa (IBID)

5.2.4.3 Densidad

La densidad de la madera se define como la relación entre su masa y su volumen,

y es necesario referirla a un determinado contenido de humedad, generalmente el

12 %. La densidad de las maderas es muy variables, de forma particular las

coníferas más utilizadas en la construcción tienen una densidad comprendida

17



entre 400 y 550 kg/m3 y las frondosas entre 600 y 700 kg/m3. Según su densidad

se pueden clasificar en: muy ligera, ligera, semipesada, pesada, muy pesada

(Albornoz & Toloza, 2003).

5.2.4.4 Dureza

Se define como la resistencia que opone la madera a la penetración de cuerpos

extraños como ciertas herramientas, clavos, tornillos, etc. La dureza está

relacionada con la densidad y tiene una marcada importancia en su relación con la

dificultad de su trabajo ya sea realizado manual o mecánicamente. Las maderas

se clasifican como: blandas, semiduras y duras (IBID).

6. METODOLOGÍA

6.1 Obtención de las probetas

Las muestras de madera fueron proporcionadas por REFORESTADORA DE LA

COSTA S.A., la madera de cada especie fue colectada en lugares diferentes así:

la madera para obtener las probetas de Pinus patula y Pinus oocarpa, se obtuvo

en el proyecto “Lisbrán” ubicado en el predio San José de Lisbrán en el municipio

de Santa Rosa de Cabal, departamento de Risaralda; las muestras de madera la

especie Pinus caribaea fueron obtenidas del proyecto Villanueva, en el municipio

de Villanueva, Casanare; las muestras de Pinus radiata fueron traídas desde chile

por la empresa ARAUCO. Toda la madera utilizada fue secada en cámara, de

acuerdo a los procesos de la Compañía, a un CH del 12% aproximadamente.

La recepción de la madera se realizó en el Laboratorio de Tecnología de Maderas

José Anatolio Lastra Rivera (figura 1.), perteneciente a la Universidad Distrital

18



Francisco José de Caldas; allí se procedió a realizar el corte y dimensionado para

obtener las probetas (figura 2.) necesarias para la realización de las pruebas.

Figura 1. Madera recibida para realización de pruebas físico-mecánicas

Figura 2. Pobretería obtenida para realización de pruebas físico-mecánicas

19



En la Tabla 2, se muestra un resumen de las características requeridas por la

Norma Panamericana COPANT y el número requerido según las características

que muestra la madera de las especies recolectadas. Sin embargo, previendo

posibles deterioros y pérdidas en las probetas se obtuvo un adicional a la cantidad

total de probetas requeridas para las pruebas.

Tabla 2. Características de las probetas para pruebas físico-mecánicas según la

Norma COPANT

ENSAYO NORMADIMENSIONES

(CM)

NO DE

PROBETAS

Densidad y

contracciones

COPANT 460-

461-4623 x 3 x 10 50

Flexión estáticaCOPANT 555

ASTM

2.5 x 2.5 x 10

2.5 x 2.5 x 4130*2

Compresión paralela COPANT 464 2.5 x 2.5 x 10 30

Compresión

perpendicular*COPANT 466 5 x 5 x 15 30*2

Cizallamiento COPANT 463 5 x 5 x 6.5 30*2

20



paralelo

Dureza* COPANT 465 5 x 5 x 15 30*2

Tenacidad COPANT 556 2 x 2 x 30 30*2

Extracción de

clavos*Copan 744 5 x 5 x 15 30*2

Fuente: (Castro Garcia, 1992). Propiedades Físico-mecánicas de la Madera

*Se usaron las mismas probetas

6.2 Propiedades físicas

La determinación de las propiedades físicas se realizará de acuerdo a lo

establecido por las NORMAS COPANT, de esta manera se tomarán 50 probetas

para realizar las pruebas de contracción radial, contracción volumétrica,

contracción total, hinchazón, densidad anhidra, densidad básica, densidad verde,

contenido de humedad en el punto de saturación de las fibras y contenido de

humedad máximo.

6.3 Propiedades mecánicas

La determinación de las propiedades mecánicas se llevó a cabo en la máquina

Universal y el Péndulo del Laboratorio de Tecnología de Maderas José Anatolio

21



Lastra Rivera de acuerdo a lo establecido por las NORMAS COPANT, el número

de probetas para cada ensayo se muestra en la Tabla 2.

6.4 Comparación de la resistencia mecánica y propiedades

físico-mecánicas de la madera de las cuatro especies más

comercializadas en Colombia del genero Pinus

A partir de los resultados obtenidos en las pruebas físico-mecánicas de las

especies estudiadas, se procederá a realizar una comparación de cada una de las

propiedades con ayuda de un modelo estadístico lineal que exponga las

similitudes y diferencias significativas entre las propiedades de estas maderas.

Para esto se implementará un DBCA para Propiedades Físicas y un DBCA para

Mecánicas y pruebas de comparación múltiple.

6.5 Determinación del uso más apropiado para la madera de

pinus patula, Pinus oocarpa, pinus caribaea y pinus radiata.

De acuerdo a los resultados arrojados por el modelo estadístico realizado a la

madera de Pinus patula, Pinus oocarpa, Pinus caribaea y Pinus radiata en este

mismo estudio y con apoyo de una revisión bibliográfica sobre las características

que debe tener la madera para los usos más comunes, se hará una

recomendación del uso de mayor valor agregado para cada una de estas

especies.

22



7. RESULTADOS DE PROPIEDADES FÍSICAS

Los resultados de las pruebas físicas para las cuatro especies de Pinus se

muestran en la Tabla 3, como se observa, se presentan todos los valores que

definen el comportamiento de estas maderas ante los cambios de humedad.

Tabla 3. Comparación de las propiedades físicas de la madera de los cuatro Pinos

más comercializados en Colombia.

Pinus

caribaea

Pinus

radiata

Pinus

patula

Pinus

oocarpa

Do (gr/cm3) 0,47 0,44 0,41 0,44

Db (gr/cm3) 0,43 0,40 0,37 0,40

Dv (gr/cm3) 1,05 0,88 1,10 1,00

CH libre (%) 125,31 96,98 173,20 127,95

23



CH total (%) 144,80 118,42 196,94 151,74

CH psf (%) 19,49 21,44 23,74 23,79

Ctn (%) 3,88 3,20 4,18 4,12

Crn (%) 2,91 2,25 1,84 2,74

Cln (%) 0,25 0,18 0,14 0,20

Ctt (%) 4,67 4,80 6,03 5,84

Crt (%) 3,31 3,71 2,73 3,51

Clt (%) 0,58 0,30 0,25 0,32

Ced (%) 1,41 1,29 2,21 1,66

CVT (%) 8,56 8,81 9,01 9,67

HVT (%) 9,12 9,42 9,68 10,42

Do: Densidad anhidraDb: Densidad básicaDv: Densidad verdeCH libre (%): Contenido de humedad libreCH total (%): Contenido de humedad totalCH psf (%): Contenido de humedad en el punto de saturación de las fibrasCtn: Contracción tangencial normalCrn: Contracción radial normalCln: Contracción longitudinal normalCtt: Contracción tangencial totalCrt: Contracción radial totalClt: Contracción longitudinal totalCed: Coeficiente de estabilidad dimensionalCVT: Contracción volumétrica totalHVT: Hinchazón volumétrica total

24

Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las Cuatro Especies del Genero Pinus más

Comercializadas en Colombia

8. RESULTADOS DE PROPIEDADES MECÁNICAS

Tabla 4. Comparación de las propiedades mecánicas de la madera de los cuatro Pinos más comercializados en Colombia.

Flexión estática radialFlexión estática

tangencialCompresión paralela

Compresión perpendicu-

-lar Rd

Compresión perpendicu-

lar Tg

Cizallam.

Dureza Impacto

ELP EM MOE ELP EM MOE RUM MOE RLP RLP RUM RLP RUM Tg Trv Rd Tg Rd TgPinus caribaea

415,20

736,32

71050,96

387,77

751,14

67775,54

326,80

24433,25

244,53

65,71

95,7168,7

198,90 74,72

149,48

133,67

215,41

0,22

0,29

Pinus radiata

386,71

676,42

80700,28

387,27

665,14

83099,14

326,70

21571,75

256,72

60,23

103,08

56,69

90,46 75,07207,4

0145,5

4161,6

70,32

0,30

Pinus patula

274,22

509,83

62558,97

307,60

534,22

65025,19

244,42

21697,78

171,29

47,91

82,3150,0

680,86 69,74

111.29

83.85123,8

60,18

0,15

Pinus oocarpa

345,74

566,17

64030,63

381,14

667,80

76005,82

314,89

26592,64

257,75

50,09

80,1478,5

3106,8

580,37

140,80

111,61

129,46

0,18

0,17

ELP: Esfuerzo unitário en el límite de proporcionalidad (Kgf/cm2)EM: Esfuerzo unitário máximo (Kgf/cm2)MOE: Modulo de elasticidad (Kgf/cm)RUM: Resistencia unitária máxima (Kgf/cm2)RLP: Resistencia unitária en el limite proporcional (Kgf/cm2)Trv: Plano transversalTg: Plano tangencialRd: Plano radial

25



9. ANÁLISIS DE RESULTADOS

9.1 Propiedades físicas

Como se observa en la Tabla resumen número 3, la especie Pinus caribaea

presenta los valores más bajos de contracción e hinchazón volumétrica total, lo

cual indica un buen comportamiento ante los cambios de humedad relativa del

ambiente, lo que favorece el secado en cámara, disminuyendo las perdidas por

defectos.

En este sentido, el Pinus radiata ocupa el segundo puesto en cuanto a menor

contracción e hinchazón volumétrica total; luego siguen el Pinus patula y Pinus

oocarpa.

El contenido de humedad en el punto de saturación de las fibras sigue el mismo

orden, es decir el más bajo es para Pinus caribaea y el más alto para Pinus

oocarpa. Esto demuestra que el Pinus caribaea es más estable dimensionalmente

que las otras especies objeto de estudio, esta característica indica que las

contracciones e hinchazones son menores, lo cual es favorable ya que esta

madera tendrá menores rangos de variación dimensional cuando se vea afectada

por cambios de humedad.

Al contrario, la especie que presenta los mayores valores de contracción e

hinchazón volumétrica total es el Pinus oocarpa, así como el valor más alto para

contenido de humedad en el punto de saturación de fibras; estos valores

demuestran que la madera de esta especie no es estable dimensionalmente y por

tanto es necesario realizar un cuidadoso manejo del secado y de las holguras.

La especie Pinus patula fue la que presentó mayor variación en los valores de

densidad anhidra versus densidad verde, esto explica que esta madera es capaz

de absorber y evaporar agua fácilmente, esta característica la hace muy

26



vulnerable a presentar defectos por secado, situación que se debe atender en el

proceso de secado.

9.2 Módulos de las pruebas

La Tabla 4, presenta una comparación de los resultados obtenidos en las pruebas

mecánicas para cada especie estudiada; a continuación se realiza un análisis

gráfico de cada una de las pruebas.

9.2.1 Flexión estática radial

9.2.1.1 Esfuerzo unitario en el límite de la proporcionalidad (ELP) y

Esfuerzo máximo (EM)

Los resultados obtenidos para estos índices se muestran en el Grafico 1. El ELP

para esta prueba está entre 415.20 Kgf/cm2 representado por el P. caribaea,

seguido por el P. radiata, P. oocarpa y P. patula, con un ELP de 386.71 Kgf/cm2,

345.74 Kgf/cm2 y 274.22 Kgf/cm2 respectivamente. Para el EM el P. Caribe se

presenta el mayor índice con 736.32 Kgf/cm2, seguido por el P radiata con 676.42

Kgf/cm2, P oocarpa con 566.17 Kgf/cm2 y P. patula con 509.83 Kgf/cm2 como el de

menor valor.

27



Grafico 1. ELP y EM

0,00

200,00

400,00

600,00

800,00

Pinus caribaeaPinus radiata Pinus patulaPinus oocarpa

Kg

f/cm

2

Comparación del ELP y EM en el plano radial

ELP

EM

9.2.1.2 Modulo de elasticidad (MOE)

El mayor modulo de elasticidad lo presenta la especie P. radiata con 80700.28

Kgf/cm2, le sigue el P. caribaea con un MOE de 71050.96 Kgf/cm2, el P. oocarpa

con 64030.63 Kgf/cm2 y el P. patula con 62558.97 Kgf/cm2. Estos índices se

pueden ver en el grafico 2.

Grafico 2. MOE

0,00

20000,00

40000,00

60000,00

80000,00

100000,00

Pinus caribaeaPinus radiataPinus patulaPinus oocarpa

Kg

f/cm

2

Comparación de MOE en el plano radial

28



Según los anteriores gráficos se observa que el P. caribaea es la especie que

mayor ELP y EM presenta, y el P. radiata es el que tiene mayor MOE, esto nos

indica que, aunque el P. caribaea soporta una mayor carga en las zonas elástica y

plástica, es el P. radiata el que presenta una mayor elasticidad.

9.2.2 Flexión estática tangencial

9.2.2.1 Esfuerzo unitario en el límite de la proporcionalidad (ELP) y

Esfuerzo máximo (EM)

En el plano tangencial, el P. caribaea es el que tiene un mayor ELP con 387.77

Kgf/cm2, el P. Radiata tiene 387.27 Kgf/cm2, el P. oocarpa con 381.14 Kgf/cm2 y

el menor es el P. patula que tiene un ELP de 307.60 Kgf/cm2. en cuanto al

esfuerzo unitario máximo, el P. caribaea tiene el mayor valor con 751.14 Kgf/cm2,

seguido por el P. oocarpa con 667.80, P Kgf/cm2. radiata con 665.14 y el menor el

P. patula con 534.22 Kgf/cm2. la grafica 3 muestra el ELP y el EM.

Grafica 3. ELP y EM del plano tangencial

Pinus caribaea

Pinus radiata Pinus patula Pinus oocarpa

0.00

100.00

200.00

300.00

400.00

500.00

600.00

700.00

800.00

Comparación del ELP y EM en el plano tangencial

ELP

EM

Kg

f/c

m2

29




La grafica 4 muestra que el mayor modulo de elasticidad lo tiene el P. radiata con

83099.14 Kgf/cm2 , le sigue el P. oocarpa con 76005.82 Kgf/cm2, el P. caribaea

tiene 67775.54 Kgf/cm2 y el P. patula es el que tiene menor MOE con 65025,19

Kgf/cm2.

Grafica 4 MOE en el plano tangencial

El P. radiata es el que tiene mayor MOE, pero el P. caribaea es el que tiene el

mayor EM, es decir que el P. radiata tiene una mayor zona elástica y resiste una

mayor carga en su zona elástica, pero el P. caribaea tiene mayor resistencia en

las zona plástica es decir el P. radiata es mas elástico que el P. caribaea pero

este a su vez es más plástico que el P. radiata al igual que el P. oocarpa.

9.2.3 Compresión paralela

30



9.2.3.1 Resistencia unitaria máxima (RUM) y resistencia en el límite de

proporcionalidad (RLP)

La mayor resistencia unitaria máxima la presenta el P. caribaea que tiene 326,79,

seguido por el P. radiata con 326,70, P. oocarpa 314,89 y el menor el P. patula

con 244.42. en cuanto al RLP es el P. oocarpa el que mayor valor presenta con

257,75, P. radiata con 256,71, P. caribaea con 244,53 y el menor RLP lo tiene el

P. Patula con 171,28. la grafica 5 muestra el RUM y el RLP para los pinos.

Grafica 5. RUM y RLP

Pinus caribaea

Pinus radiata

Pinus patula Pinus oocarpa

0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

Comparación de RUM y RLP

RUM

RLP

Kg

f/c

m2


La gráfica 6. Muestra los valores de MOE para las cuatro especies de pino. El P.

oocarpa es el mayor con 26592,63 Kgf/cm2, seguido por el P. caribaea con

24433,24 Kgf/cm2, P. patula con 21697,77 Kgf/cm2 y el P. radiata con 21571,74

Kgf/cm2 como la especie con menor valor.

31



Gráfico 6. Modulo de Elasticidad

Pinus caribaea

Pinus radiata

Pinus patula Pinus oocarpa

0.00

5000.00

10000.00

15000.00

20000.00

25000.00

30000.00

Comparación de MOE

Kg

f/c

m2

Con los datos anteriores se puede apreciar que aunque el P. oocarpa es la

especie que mayor elasticidad presenta, es la especie que muestra una menor

zona plastica en proporcion; a pesar de tener una resistencia unitaria maxima

mayor a la del P. patula, tambien se observa que el P. caribaea es el de mayor

resistencia en su zona plastica

9.2.4 Compresión perpendicular radial

32





La resistencia unitaria máxima la presenta el P. caribaea con un valor de 65.71

Kgf/cm2, se guido por el P. radiata con 60.23 Kgf/cm2, P. oocarpa con 50.09

Kgf/cm2 y el menor valor lo tiene el P. patula con 47.91 Kgf/cm2., en cuanto a la

resistencia en el límite de proporcionalidad, es el P. radiata el que mayor valor

presenta con 103.08 Kgf/cm2, P. caribaea con 95.71 Kgf/cm2, P. patula con 82.31

Kgf/cm2 y el P. oocarpa con el menor valor, tiene 80.14 Kgf/cm2. La grafica 7,

muestra los valores de RUM y RLP para esta prueba.

Grafica 7. RUM y RLP en comprensión perpendicular radial

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00


Kg

f/cm

2

Comparación de RUM y RLP en el plano radial

RUM

RLP

9.2.5 Compresión perpendicular tangencial

33





Los valores de RUM y RLP para la prueba de compresión perpendicular se

pueden ver en la grafica 8. la especie e que mayor RUM presento para esta

prueba es el P. oocarpa con un valor de 106.85 Kgf/cm2, seguido por el P.

caribaea con 98.90 Kgf/cm2, P. radiata con 90.46 Kgf/cm2 y el P. patula con el

menor valor de RUM 80.86 Kgf/cm2.

En cuanto al RLP el P. oocarpa es el de mayor valor con 78.53 Kgf/cm2, seguido

por el P. caribaea con 68.71 Kgf/cm2, P. radiata con 56.69 Kgf/cm2 y el P. patula

con 50.06 Kgf/cm2 como el de menor valor.

Grafica 8, RUM y RLP en el plano tangencial

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00


Kg

f/cm

2

Comparación de RUM y RLP en el plano tangencial

RUM

RLP

34



9.2.6 Cizallamiento

La prueba de cizallamiento se realizo en el plano tangencial de la madera y arrojo

los resultados que se muestran en el grafico 9. La madera que mas resistió al

cizallamiento fue la de Pinus oocarpa con 80.37 Kgf/cm2, le sigue el Pinus radiata

con 75.07 Kgf/cm2, Pinus caribaea con 74.72 Kgf/cm2 y Pinus. patula con 69.74

Kgf/cm2 fue la madera con menor resistencia.

Grafico 9. Datos de Cizallamiento.

64,0066,0068,0070,0072,0074,0076,0078,0080,0082,00

Pinus caribaeaPinus radiata Pinus patulaPinus oocarpa

Kg

f/cm

2

Comparación de cizallamiento en el plano tangencial

9.2.7 Dureza

Esta prueba se realizo en los tres planos de la madera de los cuales se

obtuvieron. Los resultado que se comparan en el grafico 10.

Para el plano transversal se tiene que el P. radiata es el que mayor resistencia a la

penetración obtuvo con 207.40 Kgf/cm2 , seguido por el P. caribaea con 149.48

Kgf/cm2, P. oocarpa con 140.80 Kgf/cm2 y el P. patula tuvo la menor dureza con

77.52 Kgf/cm2.

35



En el plano radial fue el P. radiata la madera que mayor resistencia a la

penetración obtuvo con 145.54 Kgf/cm2, seguido por el P. caribaea con 133.67

Kgf/cm2, el P. oocarpa con 111.61 Kgf/cm2 y con 49.77 Kgf/cm2 el P. patula con la

menor dureza.

El P. caribaea fue la madera con mayor resistencia a la penetración en el plano

tangencial con 215.41 Kgf/cm2, le sigue el P. radiata con 161.67 Kgf/cm2, P.

oocarpa con 129.46 Kgf/cm2 y el P. patula fue el que menor dureza tuvo con

123.86 Kgf/cm2.

Grafico 10. Comparación de dureza en cada plano de la madera

0,00

50,00

100,00

150,00

200,00

250,00

Pinus caribaea


Kg

f/cm

2

Comparación de dureza en los tres planos

Plano transversal Plano radial Plano tangencial

9.2.8 Impacto

36



La prueba de impacto se realizo en el plano radial y tangencial de la madera, la

grafica 11 muestra la comparación de estos datos.

En el plano tangencial, la especie que mayor resistencia al impacto presento fue el

P. radiata con un valor de 0.30 Kg-m/cm2, seguido por el P. caribaea con 0.29, P.

oocarpa con 0.17 Kg-m/cm2 y por último el P. patula con 0.15 Kg-m/cm2.

Para el plano radial la mayor resistencia la presento el P. radiata con un valor de

0.32 Kg-m/cm2, la especie que le sigue es el P. caribaea con 0.22 Kg-m/cm2 y el P

patula y el P. oocarpa con 0.18 Kg-m/cm2 cada uno.

Grafico 11. Comparación del impacto en cada plano de la madera

0,00

0,05

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Pinus caribaea


Kg

f/cm

2

Comparación de Impacto en planos radial y tangencial

Plano radial Plano tangencial

En la prueba de impacto se puede observar que la mayor de las especies tienen

una mayor resistencia al impacto en su plano radial, excepto el P caribaea, que

presenta mayor resistencia en su plano tangencial.

37



9.3 Clasificación de las propiedades mecánicas

Se han establecido rangos con la finalidad de clasificar las maderas de acuerdo a

los resultados independientes de los módulos de resistencia de cada prueba de la

siguiente forma:

Tabla 5. Clasificación de las pruebas mecánicas.

Propiedad Módulo

Kg / cm2

Muy bajo Bajo Mediano AltoMuy

Alto

Desd

e

Hast

a

Desd

e

Hast

a

Desd

e

Hast

a

Desd

e

Hast

a

Desd

e

Flexión

ELP 0 250 251 500 501 750 751 1000 1001

1000*MO

E0 70 71 100 101 150 151 200 201

EM 0 400 401 900 901 13501035

11800

1080

1

Compresión

paralela

RLP 0 200 201 300 301 450 451 600 601

RUM 0 300 301 450 451 700 701 950 951

Compresión

perpendicul

ar

RLP 0 35 36 75 76 120 121 175 176

Cizallamient

oEUM 0 40 41 85 86 120 121 175 176

Dureza

Extremos <250 251 500 501 1000 1001 1500>150

0

Lateral <200 175 500 525 700 725 1400>145

0

Impacto <0.24 0.25 0,6 0,61 1 1,01 1,4 >1.4

Fuente: Lastra 1984

38



Del a cuerdo a la Tabla anterior, los resultados para las especies estudiadas son

los siguientes:

Tabla 6. Resultados para pruebas mecánicas de acuerdo a clasificación

Propiedad MóduloESPECIE

Pinus caribaea


Flexión

ELP 401,48 386,99 290,91 363,44

MOE 69413,25 81899,71 63792,08 70018,22

EM 743,73 670,78 522,02 616,99

Compresión paralela

RLP 244,53 256,72 171,29 257,75

RUM 326,8 326,7 244,42 314,89

Compresión perpendicular

RLP 65,71 60,23 47,91 50,09

Cizallamiento EUM 74,72 75,07 69,74 80,37

DurezaExtremos 149,48 207,4 77,52 140,8

Lateral 174,54 153,6 86,82 120,54

Impacto EUM 0,26 0,31 0,17 0,17

Muy bajo Bajo Mediano Alto Muy Alto

Para las cuatro especies de pino se presentaron valores de dureza muy bajos, e

igualmente para las cuatro las prueba de cizallamiento, compresión perpendicular,

y los módulos de esfuerzo en el límite proporcional (ELP) y esfuerzo máximo (EM)

en flexión. La especie que presento los resultados más bajos según esta

clasificación para todas las pruebas fue el Pinus patula y la que mayores valores

indico fue el Pinus radiata, luego se encuentran el Pinus caribaea y el Pinus

39



oocarpa, el cual se destacó en la prueba de cizallamiento y en el modulo de

resistencia en el límite de la proporcionalidad (RLP) para compresión paralela,

donde exhibió los mayores valores.

9.4 Usos potenciales

9.4.1 Factores de corrección

Los factores de corrección fueron utilizados para llevar los contenidos de humedad

de la madera a un contenido anhidro (0% de contenido de humedad), ya que el

Software de Usos Potenciales de la Madera (Klinger & Talero, 2001), así lo

requiere para determinar las especies con características similares. La tabla 6

muestra estos factores de corrección.

Tabla 7. Porcentajes de ajuste para las propiedades afectadas por cada 1% de

contenido de humedad

Porcentajes de ajuste por cada 1% de contenido de humedad

EnsayoCorrección

%Flexión RLP 5Flexión RUM 4Flexión MOE 2Compresión paralela RUM 5Compresión paralela RLP 6Compresión perpendicular RUM

5,5

Dureza extremos 4Dureza laterales 2,5Cizallamiento 3

40



Impacto 0,5

Fuente: (Cifuentes & Medina, 2005)

9.4.2 Rangos de comparación

Fueron utilizados rangos de comparación para poder encontrar cuales especies

presentan una similitud significativa con las especies de pino estudiadas, estos

rangos se utilizan usando los valores medios de las propiedades mecánicas

obtenidas en esta investigación. La tabla 8 muestra los rangos usados para cada

ensayo.

Tabla 8. Rangos empleados para determinación de especies con propiedades

similares

Ensayo Rango

Flexión estática

RUM

Media +/- 5

MOE

Media +/- 1

Compresión perpendicular

RLP Media +/- 2

Compresión paralela

RUM

Media +/- 1

Cizallamiento EM Media +/- 05

DurezaEXT Media +/- 15

LAT Media +/- 5

Impacto EMMedia +/-

0,01

9.4.3 Usos encontrados

41



A continuación se presenta los usos posibles para cada una de las maderas de

pino, estos usos están basados en el Software de Usos Potenciales de la Madera

(Klinger & Talero, 2001).

La tabla 9 presenta los posibles usos de la madera, teniendo en cuenta la

propiedad de flexión: resistencia unitaria máxima y el modulo de elasticidad de

dichas maderas. La madera de Pinus caribaea y de Pinus radiata, son las que

mayor uso potencial presentan para una gran cantidad de industrias.

Tabla 9. Usos posibles según pruebas de flexión

ESPECIEUSOS PARA FLEXION

RUM MOE

Pinus caribaea

Muebles

Cajas, carpintería, carrocerías, carretería, construcción, remos, ebanistería, moldurados, pisos y postes

Pinus radiata

Acabados interiores, cajas, cajones, carpintería, construcción, muebles, embalajes, estructuras, pisos y postes

Acabados interiores, armazones para sillas, embarcaciones, carpintería, ebanistería, construcción, moldurados, embarcaciones, Huacales, muebles, pisos, postes y traviesas

Pinus patula

Artesanías, cajonería y construcción

Pinus oocarpa

artesanías, cajonería y construcción

Los usos potenciales basados en las propiedades de compresión paralela y

perpendicular se presentan en la tabla 10, de forma similar a las propiedades de

42



flexión, para compresión la mayor cantidad de usos los tienen el Pinus caribaea y

el Pinus radiata.

Tabla 10. Usos posibles según pruebas de compresión

ESPECIEUSOS PARA COMPRESION

PARALELA (RUM) PERPENDICULAR (RLP)

Pinus caribaea

Cajas, cajonería, embalajes, huacales, encofrados, palanca para mina.

Crucetas, ensambles, entarimados, escaleras, huacales, muebles,

Pinus radiata

Huacales y pilones Juguetería

Pinus patula

Pinus oocarpa

Moldurados juguetería y zapatería

La tabla 11 presenta los usos posibles para las maderas estudiadas, según el

esfuerzo máximo que resisten al cizallamiento. La madera de Pinus caribaea es la

que mayor cantidad de usos posible presenta.

Tabla 11. Usos posibles según pruebas de cizallamiento

ESPECIEUSOS PARA CIZALLAMIENTO

EM

Pinus caribaea

Empaques, encofrados, cajas, carpintería, muebles, lápices, muebles, moldurados y postes para cerca

Pinus radiata

Embalajes y huacales

43



Pinus patula

Pisos, traviesas y embalajes

Pinus oocarpa

Embalajes y huacales

Para dureza, la madera de Pinus caribaea tiene mayor cantidad de usos en dureza

lateral, mientras que para dureza en los extremos, es el Pinus patula el que tiene

la madera con mayor posibilidad de usos. En la tabla 12 se presentan los posibles

usos según la dureza de la madera.

Tabla 12. Usos posibles según pruebas de dureza

ESPECIEUSOS PARA DUREZA

EXT LAT

Pinus caribaea

cajonería y muebles

Acabados interiores, artesanías, cajonería, armazones de barcos, armazones para sillas, muebles, cajas, construcción, escaleras, embalajes, pilones, postes y pisos

Pinus radiata

Barcos, carpintería y techos

encofrados, muebles y moldurados

Pinus patula

Artículos deportivos, carretería, construcción, muebles , pisos, aeromodelismo, aisladores, partes para aviones y balsas

Pinus oocarpa

aeromodelismo

44



La tabla 13 presenta los usos posibles que tienen las maderas de pino estudiadas

según su resistencia al impacto, en esta propiedad física el Pinus radiata tiene la

mayor cantidad de usos.

Tabla 13. Usos posibles según pruebas de impacto

ESPECIEUSOS PARA IMPACTO

EM

Pinus caribaea

Pinus radiata

Barcos, armazones para sillas, cajas, cajonerías, carpintería, construcción, lápices, muebles, pisos, postes, traviesas, palanca para minas, embalajes y encofrados

Pinus patula

embalajes

Pinus oocarpa

embalajes

9.4.4 Especies con propiedades mecánicas similares las del presente

estudio

Basados en el Software de Usos Potenciales de la Madera (Klinger & Talero,

2001). Se establecieron las especies cuya madera presenta unas características

mecánicas similares a las de la madera de Pinus que se han estudiado en este

trabajo. En la tabla 14 se presentan las especies con características mecánicas

similares a la de cada uno de los pinos estudiados.

45



Tabla 14. Especies con propiedades mecánicas equivalentes a las maderas objeto

del presente estudio

Pinus caribaeaPrueba Especie

Flexión

RUMNectandra sp.Cedrela odorata

MOEAnacardium rhinocarpusGustavia speciosaFicus glabrata

Compresión paralela RUMSclerolobium paniculatumspondias mombinFicus sp.

Compresión perpendicular RLPCupressus lusitanicaInga sp.Hieronima laxyflora

Cizallamiento EM

Guarea sp.Torrubia cuspidataBrosimum utileVirola sebiferaGoethalsia melanthaSapium cfr. S biglandulosaCecropia sciadaphylla

Dureza

EXTApeiba membranaceaBombacopsis sepium

LAT

Ficus sp.Apeiba membranaceaChorisia integrifoliaBombacopsis sepiumAlchornea sp.Cecropia sciadaphyllaDidymopanax morototoni

Impacto EM Virola SurinamensisPinus radiata

Prueba EspecieFlexión RUM Dacryodes colombiana

46



Podocarpus oleifoliusVirola sp.Tapirira guianensisNectandra sp.

MOE

Hura crepitansPouroma guianensisXanthoxylon sp.Artocarpus heterophyllus

Compresión paralela RUMPauroma aff melinoniiSclerolobium sp.

Compresión perpendicular RLP Huberodendron patinoiCizallamiento EM Simarouba amara

DurezaEXT

Ceiba pentandraParkia oppositifoliaPochota quinata

LAT Ficus sp.

Impacto EM

Dialyanthera gracilipesFicus sp.Podocarpus oleifoliusTalauma sp.Podocarpus sp.Dialyanthera parvifoliaJacaranda copaiaProtium sp.

Pinus patulaPrueba Especie

FlexiónRUM Ocotea sp.MOE Apeiba membranacea

Compresión paralela RUM Apeiba membranaceaCompresión perpendicular RLP Liriodendron tulipifera

Cizallamiento EMDussia aff. LehmanniiRollina exsuccaVirola Surinamensis

Dureza EXTCalopryllum sp.Ochroma lagopus

Impacto EM Ceiba pentandraPinus oocarpa

Prueba EspecieFlexión MOE Apeiba asperaCompresión paralela RUM Anacardium rhinocarpus

Compresión perpendicular RLPHuberodendron patinoiCarapa guianensis

47



Cizallamiento EM Simarouba amaraDureza LAT Ceiba pentandraImpacto EM Ceiba pentandra

9.5 Análisis estadístico comparativo entre especies

A partir de los resultados obtenidos en las pruebas físico-mecánicas de las

especies estudiadas, se procedió a realizar una comparación de cada una de las

propiedades con ayuda de un modelo estadístico lineal que expuso las similitudes

y diferencias significativas entre las propiedades de estas maderas. Para esto se

implementó un DBCA y pruebas de comparación múltiple dándonos como

resultado los siguientes grupos.

Tabla 15. Grupos determinados según análisis estadístico comparativo entre los

cuatro Pinos objeto del presente estudio

Prueba \ EspeciePinus

caribaeaPinus

radiataPinus patula

Pinus oocarpa

Flexión estática radial Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Flexión estática tangencial

Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3 Grupo 4

Compresión paralela Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Compresión perpendicular Rd

Grupo 1 Grupo 2

Compresión perpendicular Tg

Grupo 1

Cizallamiento Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Dureza Grupo 1 Grupo 2 Grupo 3

Impacto Grupo 1

Grupo 1

Grupo 2

Grupo 3

Grupo 4

*Los grupos están establecidos por cada prueba.

48



Como se observa en la Tabla 15, hay una similitud entre las especies Pinus

caribaea y Pinus radiata para las cuales no existe una diferencia significativa, por

lo que se conforman como un solo grupo para casi la totalidad de las pruebas

exceptuando la de flexión estática tangencial en la cual no se configuro ningún

grupo; es de notar también, que para la prueba de Compresión perpendicular

Radial además de lo ya mencionado, el Pinus patula y Pinus oocarpa conforman

otro grupo y para las pruebas de impacto y Compresión perpendicular Tg las

cuatro especies se comportan de igual manera.

49



10. CONCLUSIONES

En las pruebas físicas, sobresale el Pinus caribaea por sus bajos valores de

contracción e hinchazón volumétrica total, de igual manera presenta un contenido

de humedad en el punto de saturación de las fibras bajo, lo cual define que es la

especie dimensionalmente más estable entre las estudiadas, característica que la

hace apropiada para usos que requieran precisión dimensional y facilita además

el proceso de secado.

Para las pruebas mecánicas, en flexión estática, se observa que existe una mayor

elasticidad para Pinus radiata quien presenta los mayores valores de MOE sin

embargo es el Pinus caribaea quien muestra una mayor resistencia unitaria

máxima y soporta una mayor carga en la zona plástica, mientras que los

menores valores de elasticidad RUM, RLP corresponde a las maderas de Pinus

patula.

Para las pruebas de compresión paralela el Pinus oocarpa refleja los mayores

valores de modulo de elasticidad (MOE) y resistencia en el límite proporcional

(RLP). El mayor valor de resistencia unitario máxima corresponde a Pinus

caribaea.

Para la prueba de compresión perpendicular radial, la madera de Pinus caribaea

es la que mayor resistencia en el límite de proporcionalidad (RLP) presenta y el

Pinus radiata es la que tiene la mayor resistencia unitaria máxima (RUM). En

cuanto el plano tangencial es el Pinus oocarpa el que exhibe los mayores valores

de RLP y RUM.

50



El Pinus oocarpa es el que mayor resistencia al cizallamiento presenta en el plano

tangencial y el que tiene el menor valor es el Pinus patula.

La dureza de la madera de Pinus radiata es la más alta en los planos transversal y

radial, sin embargo, la dureza de la madera de Pinus caribaea presenta un valor

sobresaliente en el plano tangencial.

Para la prueba de impacto el Pinus radiata es la especie que presenta los mayores

valores en el plano radial y en el plano tangencial, seguido de el Pinus caribaea.

El análisis de usos, presenta a las especie Pinus caribaea y Pinus radiata como

las más adecuadas para usos que requieren buena estabilidad y resistencia tales

como muebles, ebanistería, construcción, acabados interiores y pisos. Para las

otras especies se encontraron usos menos exigentes como artesanías, cajonería,

construcción y huacales.

El análisis estadístico realizado a partir de los resultados de las pruebas

mecánicas, confirma que las especies Pinus caribaea y Pinus radiata se

encuentran en un mismo grupo ya que en la mayoría de las pruebas no

presentaron diferencias significativas estadísticamente; esto demuestra que estas

dos especies pueden ser utilizadas para prácticamente los mismos usos.

51



11. RECOMENDACIONES

Dado los resultados obtenidos mediante el diseño estadístico se recomien-

da evaluar la madera en dos grupos en cuanto a propiedades mecánicas se

refiere, por un lado estaría el Pinus caribaea y el P. radiata con característi-

cas superiores y por otro lado el P. oocarpa y el P. patula con característi-

cas inferiores a las especies anteriores.

Dado que en las pruebas de compresión perpendicular e impacto no se

presentaron diferencias significativas entre las especies, pueden tratarse in-

diferentemente para usos que requieran este tipo de esfuerzos. Contrario a

esto, la prueba de flexión estática tangencial mostró diferencias significa-

tivas para todas las especies, lo cual amerita un tratamiento diferenciado

para el desempeño, como viga por ejemplo. Para las otras pruebas se man-

tienen las diferencias consideradas en los dos grupos definidos.

Ya que el P. caribaea mostró una superioridad en las propiedades mecáni-

cas al lado del P. radiata, que se obtuvo de HILAM, se debe considerar que

la madera del P. caribaea no tuvo ningún tipo de clasificación por lo tanto se

puede esperar que su desempeño sea mejor desde el punto de vista estruc-

tural que el Pinus radiata.

Establecidas las propiedades para las especies Pinus Patula y Pinus oocar-

pa se recomiendan usos de menor exigencia como Artículos deportivos, en-

cofrados, moldurados, muebles, aeromodelismo, aisladores, partes para

aviones, balsas, carretería, construcción, embalajes, barcas, juguetería, etc.

Dado que la madera seleccionada para las diferentes pruebas viene libre de

defectos se recomienda un sistema de clasificación visual a priori que per-

mita mantener la concordancia con los resultados de este.

52



12. BIBLIOGRAFÍA

53



ALBORNOZ H. & TOLOZA (2003). Enciclopedia Temaitca Interactiva de

Maderas. Bogotá D.C.: Trabajo de grado, Universidad Distrital Francisco

Jose de Caldas.

ASTM. 1975. Accelerated laboratory test of natural decay resistanse of

woods. D-2017-84 Book of standars part.

BETANCOURT DUQUE, V. R. (1987). Ensayos de Flexion a Escala Natural

de Cinco Especies Forestales. Medellin, Colombia: Universidad Nacional

sede Medellin.

CARLQUIST, J. S. (2001). Comparative Wood Anatomy: Systematic,

Ecological and Evolutionary Aspects of Dicotiledon Wood. Springer, USA.

CCI, C. (2007). Reporte de Oferta Agropecuaria. Sistema de Informacion de

la Oferta Agropecuaria , Bogota D.C.

CASTRO GARCIA, A. (1992) Propiedades fisico mecánicas de la madera.

Bogotá: Universidad distrital Francisco Jose de Caldas.

CIFUENTES, F. & MEDINA, 2005. Determinación de las propiedades

físicas, mecánicas y durabilidad natural de Teca (Tectona grandis) y

Eucalipto (Eucaliptus tereticornis) procedencia fundación (Magdalena),

Trabajo de grado Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas. Bogotá

Colombia.

GUEVARA, H. (2001). Propiedades Fisicomecanicas de la madera. Bogota

D.C.: Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas.

54



HENAO G. & URIBE. (1992). Propiedades Fisicas-Mecanicas y

Trabajabilidad de la Madera Juvenil de Pinus patula. Medellin, Colombia:

Universidad Nacional sede Medellin.

KLINGER & TALERO. (2001). Propuesta Metodologica Para la

Determinacion de Usos Potenciales de la Madera a Partir de sus

Propiedades Fisico-Mecanicas. Bogotá: Universidad Distrital Francisco Jose

de Caldas.

LASTRA, J. A. (1987). Aspectos generales sobre la estructura anatómica,

propiedades físico-mecánicas y secado de la madera. Bogota D.C.:

Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas.

LASTRA, J. (1978). Aspectos generales sobre la estructura anatómica, propiedades fisico-mecánicas y secado de la madera. Bogotá Universidad Distrital Francisco Jose de Caldas.

MARIN & OSORNO, (1997). Propiedades Fisico-Mecanicas, Secado y

Trabajabilidad de el Pinus oocarpa para Dos Edades. Medellin, Colombia:

Universidad Nacional sede Medellin.

MARQUEZ G. & PANDO (2003). Caracterizacion del Comportamiento en

Flexion de vigas laminadas con Pino caribe (Pinus caribaea). Bogota:

Universidad Nacional de Colombia.

MONTOYA, A. (1991). Resistencia a la Flexion de Postes de Pinus Patula

Para Transmision de Energia. Medellin, Colombia: Universidad Nacional

sede Medellin.

DIAZ G. & MUÑOZ (2007). Caractersiticas de la Madera de Pino

Procedente de Raleos en el Noroeste de España. Lugo, España:

55



Universidad Santiago de Compostela.

GARAY M & RAMIREZ, (2004). Estudio de las Propiedades Fisicas y

Mecanicas de la Especie Pinus oocarpa Provenientes de Aclareos en la

plantacion "Emilio Menotti Sposito" . Merida, Venezuela: Universidad de los

Andes, Escuela de Ingenieria Forestal.

SALAZAR & ROLDAN L, (2000). Propiedades Fisico Mecanicas, Secado e

Inmunizacion de la Madera de Arboles de Pinus patula. Yucul, Nicaragua.

VEGA CASTELLON, C. A. (1985). Esfuerzo de vigas en I con Flancos de

Pinus oocarpa y Alma de Tablesa. Medellin, Colombia: Universidad

Nacional Sede Medellin.

GUO MING-HUI, CHEN GUANG-SHENG, WANG JIN-MAN, ZHAO XI-

PING.2006. Effects of silvicultural treatments on mechanical properties of

Pinus sylvestris var. mongolica plantations. Material Science and

Engineering College, Northeast Forestry University, Harbin 150040, P. R.

China

WIELINGA BENJAMIN, WATERWORTH ROBERT, BRACK CRIS. 2007.

Fertiliser and irrigation effects on wood density at various heights for Pinus

radiata. Springer-Verlag. Eur J Forest Res (2008) 127:63–70

TAO DING, LIANBAI GU, TAO LI. 2010. Influence of steam pressure on

physical and mechanical properties of heat-treated Mongolian pine lumber.

Springer-Verlag. Eur J Forest

ERNST ZU¨RCHER, R. SCHLAEPFER, M. CONEDERA, F. GIUDICI.

2009. Looking for differences in wood properties as a function of the felling

56



date: lunar phase-correlated variations in the drying behavior of Norway

Spruce (Picea abies Karst.) and Sweet chestnut (Castanea sativa Mill.).

Springer-Verlag. Trees (2010) 24:31–41

BORREGA MARC, K¨ARENLAMPI PETRI P. 2010. Mechanical behavior of

heat-treated spruce (Picea abies) Wood at constant moisture content and

ambient humidity. Holz Roh Werkst (2008) 66: 63–69

H. LINDSTRO¨M, P. HARRIS, C. T. SORENSSON, R. EVANS. 2004.

Stiffness and wood variation of 3-year old Pinus radiata clones. Wood Sci

Technol (2004) 38: 579–597

WATT MICHAEL S., DOWNES GEOFFREY M., WHITEHEAD DAVID,

MASON EUAN G., RICHARDSON BRIAN, GRACE JENNY C., MOORE

JOHN R. 2005. Wood properties of juvenile Pinus radiata growing in the

presence and absence of competing understorey vegetation at a dryland

site. Trees (2005) 19: 580–586

MINISTERIO DE AGRICULTURA Y DESARROLLO RURAL,

DEPARTAMENTO NACIONAL DE PLANEACIÓN, DEPARTAMENTO

ADMINISTRATIVO NACIONAL DE ESTADÍSTICA –DANE,(2005) Encuesta

nacional agropecuaria ENA 2005, Disponible en

http://www.agronet.gov.co/www/htm3b/public/ENA/ENA_2005.pdf,

57

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