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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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?
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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.
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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.
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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.
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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)
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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.
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
9.2.2.2 Modulo de elasticidad (MOE)
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
9.2.3.2 Modulo de elasticidad (MOE)
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
9.2.4.1 Resistencia unitaria máxima (RUM) y resistencia en el límite de
proporcionalidad (RLP)
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
Pinus caribaeaPinus radiataPinus patulaPinus oocarpa
Kg
f/cm
2
Comparación de RUM y RLP en el plano radial
RUM
RLP
9.2.5 Compresión perpendicular tangencial
33
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
9.2.5.1 Resistencia unitaria máxima (RUM) y resistencia en el límite de
proporcionalidad (RLP)
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
Pinus caribaeaPinus radiataPinus patulaPinus oocarpa
Kg
f/cm
2
Comparación de RUM y RLP en el plano tangencial
RUM
RLP
34
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Pinus radiata Pinus patula Pinus oocarpa
Kg
f/cm
2
Comparación de dureza en los tres planos
Plano transversal Plano radial Plano tangencial
9.2.8 Impacto
36
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Pinus radiata Pinus patula Pinus oocarpa
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
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Pinus radiata Pinus patula Pinus oocarpa
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
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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
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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
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
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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
Estudio Comparativo de la Resistencia Mecánica y Propiedades Físicas de la Madera de las
Cuatro Especies del Genero Pinus más Comercializadas en Colombia
12. BIBLIOGRAFÍA
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