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Maderas. Ciencia y tecnología

versión On-line ISSN 0718-221X

Maderas, Cienc. tecnol. v.3 n.1-2 Concepción  2001

http://dx.doi.org/10.4067/S0718-221X2001000100008 

Maderas. Ciencia y tecnología. 3(1-2):68-89, 2001

NOTA TÉCNICA

TENSIONES DE CRECIMIENTO EN Eucalyptus globulus DE GALICIA (ESPAÑA). INFLUENCIA DE LA SILVICULTURA Y ESTRATEGIAS DE ASERRADO

Manuel C .Touza Vázquez
Director Técnico. Centro de Innovación y Servicios Tecnológicos de la Madera de Galicia (CIS-Madera) Parque Tecnológico de Galicia, San Cibrao das Viñas, 32901 Ourense, España.

Autor para correspondencia: mtv@cismadera.com


RESUMEN

El eucalipto blanco (Eucalyptus globulus Labill) constituye el principal recurso forestal de las áreas de influencia atlántica de la Península Ibérica, donde ocupa una franja costera que da forma a los bosques más productivos de Europa.

De forma paralela a la expansión de las plantaciones orientadas hacia la producción de fibra, numerosos industriales están interesados en diversificar las aplicaciones de la madera de eucalipto. No obstante, el mayor problema para procesar eucaliptos es la aparición de importantes grietas en las trozas y deformaciones posteriores en la madera aserrada, ambas ocasionadas por las tensiones de crecimiento.

Por este motivo, se planteó un proyecto de investigación cooperativa cofinanciado por la Dirección General de Investigación de la Comisión Europea con el objetivo de analizar la viabilidad técnica de aserrar eucaliptos con edades cercanas a los 30 años de edad.

En este artículo se resume una parte del citado proyecto. En este caso los objetivos son a) determinar las tensiones de crecimiento en el árbol en pié y su posible relación con la silvicultura aplicada y b) relacionar las tensiones de crecimiento con las deformaciones observadas en la madera aserrada.

Keywords: Eucalyptus globulus, tensiones de crecimiento, aserrado, España.


1.- INTRODUCCIÓN

1.1.- Origen de las tensiones de crecimiento

El término tensiones de crecimiento (growth stresses) se propuso para definir las tensiones existentes en el interior de la madera de los árboles en pie (Jacobs, 1939). Dicho término engloba dos grupos de tensiones de distinto origen que coexisten en el interior de cualquier árbol produciendo un autoequilibrio a lo largo de su crecimiento (Figura 1). Uno de ellos (support stresses) tiene un carácter intuitivo y está producido por las cargas debidas al peso propio del árbol, el otro (maturation stresses) está originado por las tensiones inherentes a un complicado proceso de maduración de las fibras que constituyen la madera. En este artículo se utiliza el término tensiones de crecimiento para referirnos exclusivamente a estas últimas.

Figura 1: Distribución de las tensiones de crecimiento en el interior de un tronco

Las causas que provocan las tensiones de crecimiento aparecen ligadas a la actividad del cambium que es el tejido responsable del crecimiento del árbol. Cada año, el cambium produce un nuevo anillo de xilema hacia el interior del tronco y de corteza interna (líber) hacia el exterior. Las tensiones de crecimiento tienen su origen en el crecimiento de las células que produce el cambium y que durante su proceso de envejecimiento tienden a expandirse lateralmente y a contraerse longitudinalmente lo que, al ser impedido por las células formadas en años anteriores, genera un conjunto de tensiones (Figura 2).

Figura 2. Origen de las tensiones de crecimiento (Bailléres, 1994)

Con el paso del tiempo y como consecuencia de la acumulación de los esfuerzos generados anualmente, en el árbol en pie el centro del tronco está sometido a tensiones de compresión cuya magnitud aumenta hacia la médula, mientras que la periferia del tronco se encuentra sometida a esfuerzos de tracción que se incrementan en dirección a la corteza.

La magnitud de las tensiones de crecimiento es muy diferente en la dirección que se considere. Así, en dirección axial es del orden de diez veces más grande que en dirección transversal y dentro de esta última, mayor en la dirección tangencial que en la radial (Vignote et al., 1996).

Especies tan habituales en el comercio como el haya (Fagus sylvatica) o la limba (Terminalia superba) tienen elevadas tensiones de crecimiento. En el género Eucalyptus son frecuentes las especies con tensiones de crecimiento elevadas, como E. grandis, E. globulus, E. saligna, etc.

Las tensiones de crecimiento son un indicador de la existencia de madera de reacción (madera de tensión en las frondosas) cuyas características anatómicas presentan importantes variaciones respecto a las de la madera normal.

Entre otras modificaciones, las fibras que forman madera de tensión suelen reducir el número de capas presentes en la pared celular secundaria y añadir una nueva capa “gelatinosa” no lignificada (Hughes, 1965). Esto se traduce en un comportamiento particular de este tipo de madera como, por ejemplo, unos coeficientes de hinchazón en sentido longitudinal y transversal anormalmente elevados (Boyd, 1977; Washusen e Ilic, 2001) que limitan su procesado.

1.2.- Relación entre silvicultura y tensiones de crecimiento

Todavía es muy escaso el conocimiento respecto a las posibles relaciones existentes entre silvicultura y tensiones de crecimiento. Para algunos autores las evidencias disponibles sugieren que las técnicas silvícolas no parecen ser efectivas en el control de los niveles de tensiones de crecimiento (Malan, 1988). Sin embargo, otros autores consideran que podría minimizarse el nivel de tensiones de crecimiento si se mantuviesen las condiciones de crecimiento y la distribución espacial de los árboles lo más uniforme posible a lo largo de su vida (Kubler, 1988; Andrade et al, 1999).

Los estudios realizados hasta la fecha, no han permitido definir elementos morfológicos del árbol que permitan prever los valores de sus tensiones de crecimiento, aunque sí ha sido posible establecer ciertas relaciones entre el valor de dichas tensiones y parámetros como la edad del árbol, su diámetro, esbeltez, etc. Dentro de todos estos factores el parámetro más significativo es la edad y tanto los resultados de los proyectos realizados con eucaliptos en España (AITIM, 1993) como los desarrollados en China o el Congo (Gerard, 1990), permiten constatar que mientras que la distribución de las tensiones de crecimiento en parcelas de árboles jóvenes no son significativamente diferentes entre sí, existe una determinada edad, a partir de la cual es observable un descenso en los valores de estas tensiones.

Esta conclusión parece ligada al propio fenómeno que produce las tensiones de crecimiento; es decir, la relajación de la actividad cambial como consecuencia de que el árbol va alcanzando sucesivos estados de madurez. En el caso de los eucaliptares gallegos esta disminución parece iniciarse en torno a los 25-30 años, en parte debido a sus excepcionales condiciones de crecimiento, mientras que en estaciones de calidad inferior es posible percibir dicha disminución a edades próximas a los 12-15 años (Vignote et al., 1996).

1.3.- Métodos para disminuir las tensiones de crecimiento: El anillado

Diversos investigadores han desarrollado técnicas para amortiguar los defectos asociados a la presencia de tensiones de crecimiento. En general, estas técnicas se aplican al árbol una vez abatido y aunque logran en algunos casos una disminución significativa de los defectos, apenas se utilizan en el ámbito industrial debido a sus elevados costos (Touza y Pedras, 1999).

En lo que respecta a las investigaciones sobre los árboles en pie, se han estudiado distintas formas de disminuir la actividad del cambium e incluso de provocar la muerte del árbol. Entre estas experiencias destaca la de realizar un anillado, es decir, un descortezado de profundidad variable que suele provocar la muerte del árbol al cortarle el paso de nutrientes aunque en un plazo de tiempo variable en función de muchos condicionantes.

Experiencias realizadas con eucaliptos rojos (Eucalyptus camaldulensis) que permanecieron varios meses anillados en bosques australianos permitió constatar importantes reducciones de las deformaciones de las tablas aserradas al compararlas con las de árboles sin anillar (Giordano et al,. 1969). El anillado de los árboles fue profundo y provocó su muerte en un plazo de tiempo variable. Sin embargo, la misma técnica aplicada a otras especies no mostró ningún efecto significativo en la reducción de su nivel de tensiones (Giordano y Curró, 1973).

Otros investigadores habían señalado ligeras disminuciones en el nivel de grietas a los dos meses de realizar el anillado (Malan, 1979), aunque la investigación tuvo que ser interrumpida por la degradación sufrida por los árboles y su riesgo de caída.

Nicholson (1973) apenas encontró reducciones significativas en el nivel de tensiones tras provocar la muerte de un grupo de eucaliptos que permanecieron nueve meses en pie antes de su corta. Sin embargo, señaló que uno de los árboles anillados y que no llegó a morir mostró una importante reducción de su nivel de tensiones.

En la actualidad, varios autores señalan que cualquier reducción en el nivel de tensiones de los árboles en pie constituiría uno de los más importantes logros para mejorar el aprovechamiento de la madera sólida de muchas especies de eucaliptos.

1.4.- Defectos producidos por las tensiones de crecimiento: grietas y deformaciones

En el instante de la corta y tronzado del árbol y a lo largo de las operaciones de aserrado posteriores, las tensiones que se encontraban equilibradas durante su crecimiento se liberan de forma repentina. Esta liberación genera un conjunto de deformaciones que provocan distintos defectos según se localicen en las trozas o bien en los productos ya aserrados.

El defecto más común que se observa en los troncos de eucalipto con tensiones de crecimiento elevadas es la aparición de importantes grietas en los extremos de las trozas. La explicación de este fenómeno radica en que el corte de las trozas produce una redistribución y transformación de las tensiones longitudinales en tensiones transversales al tronco (Wilhelmy y Kübler, 1973).

En el árbol en pie las fibras distribuidas en la periferia del tronco tienen una longitud mayor de lo normal por estar sometidas a esfuerzos de tensión longitudinal. En el momento de la corta y tronzado del árbol se produce una liberación de las tensiones a que están sometidas estas fibras y como consecuencia tienden a acortarse. De manera análoga, en la zona interior del tronco se encuentran fibras sometidas a esfuerzos de compresión longitudinales y que tenderán a expandirse como consecuencia de cualquier actividad que produzca una liberación de tensiones. El desarrollo de las grietas se debe a la acumulación del doble efecto producido por el acortamiento de las fibras tensionadas y el alargamiento de las fibras comprimidas en el interior del tronco (Touza, 2001).

La experiencia indica que, en líneas generales, las medidas de las tensiones de crecimiento en los árboles en pie pueden utilizarse como un indicador de la forma y tamaño de las grietas de testa que se originarán en el momento de su corta y tronzado (Figura 3).

Figura 3. Relación entre la distribución de las tensiones de crecimiento y el diseño de las grietas en los extremos de las trozas

Cuando la distribución de las tensiones de crecimiento es homogénea a lo largo de la circunferencia del tronco, las grietas suelen iniciarse en la médula y extenderse hacia la periferia según un dibujo radial. Este diseño está relacionado con la geometría de la médula del eucalipto que, normalmente, tiene una forma similar a la de un rectángulo con sus esquinas deformadas, es decir con cuatro “puntos débiles” a partir de los cuales se inicia el desarrollo de las grietas (Figura 4).

Figura 4. Desarrollo de grietas en sentido radial y detalle de la geometría de la médula del eucalipto

A su vez, la profundidad y anchura de estas grietas está relacionada con el valor medio de las tensiones medidas con el extensómetro en los árboles en pie.

Cuando la distribución de las tensiones de crecimiento presenta valores elevados en áreas concretas del tronco, estos esfuerzos concentrados pueden romper la simetría del desarrollo de grietas a partir de la médula y originar grietas de rotura en sentido tangencial.

Existen otros parámetros que influyen en el desarrollo de las grietas como las características físico mecánicas de la madera, el diámetro de la troza, la presencia de ramas etc.

Un aspecto importante a considerar para reducir la aparición de defectos es dirigir con especial cuidado la caída del árbol en el momento de la corta tratando de evitar los impactos fuertes del árbol contra árboles ya caídos, piedras, etc. dado que estos golpes aumentan tanto la aparición y profundidad de las grietas como su forma irregular (Barnacle y Gottstein, 1968).

Durante el aserrado, las tensiones de crecimiento continúan liberándose y pueden inducir nuevas grietas así como curvaturas de las tablas aserradas.

Debido a su complejidad y elevado coste, apenas se han relizado estudios de carácter científico en el ámbito industrial sobre aserrado de especies con elevadas tensiones de crecimiento.

Por ello, las recomendaciones existentes suelen basarse en la práctica y experiencia de las instalaciones de aserrado que han sido contrastados mediante estudios realizados con un reducido número de árboles.

Entre estas recomendaciones destaca el empleo de tecnologías de tipo SDR (Serrar, Secar y Reaserrar) que, en esencia, consisten en producir tablones de espesor fijo en el carro principal que son secados hasta un contenido de humedad variable y reaserrados posteriormente hasta su ancho definitivo.

El corte en el carro principal puede realizarse con una sierra de banda y un esquema de corte que mediante giros de la troza logra evitar el desarrollo de fendas (Waugh, 1997).

Estas tecnologías han sido ampliamente utilizadas por aserraderos de Norteamérica, Australia y Tasmania (Haslett, 1988) y es conocido que el proceso de secado permite “relajar” las tensiones de crecimiento en diferentes maderas optimizando su reaserrado posterior.

2.- MATERIAL Y MÉTODOS

2.1.- Selección de la madera

El método utilizado para cuantificar las tensiones de crecimiento es un extensómetro diseñado por el CIRAD-Forêt, que permite evaluar las tensiones perimetrales del árbol en su dirección axial.

El equipo (Figura 5) está formado por una estructura metálica en la que se coloca un comparador digital. Además se utiliza un molde con dos orificios que permiten situar dos clavos a una distancia fija y dispone de un tornillo a la mitad de la distancia entre los agüjeros que permite marcar dicho punto en el árbol.

Figura 5. Extensómetro diseñado para evaluar las tensiones de crecimiento

Las medidas de las tensiones de crecimiento se realizan sobre el cambium y su valor se determina a través de una serie de medidas sobre el perímetro descortezado, recomendándose realizar 8 para obtener una información completa de su distribución.

Para realizar cada medición se situa el molde en posición paralela a la fibra del árbol y se introducen los dos clavos en la madera, marcando el punto medio entre ellos. A continuación se coloca la estructura metálica apoyándola sobre el clavo superior y se apoya el palpador del comparador en el clavo inferior, poniendo a cero su marcador. Por último y con la ayuda de una broca se practica un taladro de 20 mm de diámetro en el punto medio entre los dos clavos.

Este orificio permite liberar las tensiones de crecimiento de las fibras perimetrales, originando unos desplazamientos que separan ligeramente los clavos entre sí. El desplazamiento sufrido entre los dos clavos es medido en micras por el comparador que se estabiliza en un valor proporcional a las tensiones existentes en el interior del árbol.

Se anillaron todos los árboles a los que se les midió sus tensiones de crecimiento, descortezando una sección de unos 30 cm de altura a lo largo de su perímetro. El descortezado se realizó de forma cuidadosa y superficial, dejando al descubierto el tejido del cambium pero sin infringir daños a la albura.

Las tensiones de crecimiento fueron medidas en el momento del descortezado inicial y, posteriormente, a distintos intervalos de tiempo. En todos los casos se realizaron 8 medidas de tensiones distribuidas uniformemente a lo largo del perímetro del árbol.

Para interpretar los resultados se consideró que un árbol presenta una distribución de tensiones desequilibrada cuando la diferencia entre el valor máximo y mínimo (gradiente) de su distribución de tensiones era superior al valor medio de las ocho medidas.

Las seis parcelas seleccionadas suministraron las trozas para realizar las experiencias de aserrado. Cada troza fue identificada y marcada en sus testas para asegurar su identificación a lo largo del proceso y, para limitar la pérdida de humedad durante su transporte, fueron enviadas a los aserraderos con corteza y con una pintura especial aplicada a sus testas.

Todas las trozas fueron cubicadas y pesadas antes de su aserrado. La medición de las deformaciones en la madera aserrada se realizó conforme a la norma europea EN 1310 Round and sawn timber. Method of measurement of features.

Para obtener resultados comparables, en algunos casos se han realizado experiencias industriales empleando la misma maquinaria y trozas procedentes de distintas parcelas. En otros casos se han empleado trozas procedentes de la misma parcela y distintas opciones de maquinaria de proceso.

En total se han realizado 20 experiencias industriales combinando los principales sistemas de aserrado en grupo de cabeza y distintas opciones de reaserrado.

El objetivo de las experiencias era doble; por un lado desarrollar esquemas de corte con distintas tecnologías que evitasen la aparición de fendas en el grupo de cabeza y, posteriormente, limitar las curvaturas producidas durante el reaserrado de las tablas.

Como grupo de cabeza se han realizado pruebas empleando sierra de banda y carro portatroncos, sierras enfrentadas, sierras alternativas y chipper-canter con sierras circulares.

En todos los casos se presecó la madera aserrada hasta un contenido de humedad del 30% por ser viable alcanzarlo en un periodo de tiempo razonable y con un bajo consumo energético.

3.- RESULTADOS Y DISCUSIÓN

3.1.- Tensiones de crecimiento

Los eucaliptos de la parcela 6 tenían 23 años en el momento de su corta y han sido plantados con un marco de plantación de 3,5 x 3,5 m. Tanto el valor medio de su distribución de tensiones ( ξ= 140 µm) como su desviación típica (σ= 67) son los más elevadas de entre todas las parcelas estudiadas (Figura 6).

Figura 6. Distribución de las tensiones de crecimiento en la parcela 6 y en el árbol 13

La distribución de los valores de las tensiones de crecimiento dentro de un grupo de eucaliptos en una misma parcela no es simétrica, sino que suele presentar una mayor asimetría asociada a la presencia local de valores anormalmente elevados de tensión.

Estos valores suelen estar relacionados con la presencia de madera de reacción (madera de tensión en las frondosas) en un área concreta del tronco y pueden considerarse un indicador de competencia entre árboles para conseguir una posición privilegiada dentro de la parcela.

A menudo, la formación de la madera de tensión está asociada a una estrategia para mantener un equilibrio estructural en situaciones particulares como una elevada pendiente, la presencia de vientos dominantes, la reorientación de la copa, etc (Kubler 1987, 1988).

En la parcela 6 el terreno es prácticamente llano y los eucaliptos están equidistantes entre sí una distancia de 3,5 m. Este espaciamiento entre árboles, unido a la extraordinaria calidad de la estación han debido propiciar unas condiciones idóneas para ascender en altura (E. globulus es una especie heliófila y de temperamento intolerante) desarrollando elevados valores medios de tensiones de crecimiento.

La distribución diamétrica es la más regular de entre todas las parcelas estudiadas indicando que todavía no se han desarrollado grandes diferencias entre árboles. Sin embargo si han comenzado a manifestarse fenómenos de tangencia de copas y los elevados valores locales de madera de tensión parecen asociarse con estrategias de reorientación de las copas en busca de una posición privilegiada.

Es significativo que el árbol dominante de la parcela, un coloso de 50 metros de altura y 57 cm de diámetro, presente una distribución de tensiones reducida y equilibrada (Figura 6) a pesar de su corta edad.

Esta situación se repetirá con los árboles dominantes de las otras parcelas que, al dominar en altura a los árboles que les rodean, carecen de estímulos para ascender en altura y/o reorientarse en una dirección concreta por lo que pueden permitirse “relajar” su nivel de tensiones.

Los resultados obtenidos al comparar las parcelas 1 y 4 permiten profundizar en la posible relación existente entre silvicultura y nivel de tensiones de crecimiento.

Los árboles de la parcela 1 fueron plantados en el año 1969 con una densidad inicial de 1.800-2.000 árboles/ha y sin un marco de plantación definido. Posteriormente se cortaron algunos árboles a los 5, 12 y 23 años hasta alcanzar una densidad final de 600 árboles/ha. Estas cortas intermedias fueron realizadas de forma cuidadosa para que los árboles remanentes quedasen en una posición favorable para incrementar su crecimiento en diámetro.

Los árboles de la parcela 4 fueron plantados en el año 1972 empleando un marco de 2,5 x 2,5 metros. Transcurridos 20 años se cortó una de cada dos filas hasta obtener una densidad teórica de 800 árboles/ha que, en realidad, fue de 600 árboles/ha debido al derribo de árboles adicionales.

A pesar de tener edades similares y la misma densidad final, la distribución de las tensiones de crecimiento en ambas parcelas presenta grandes diferencias (Figura 7). Los árboles de la parcela 4 tienen un valor medio de tensiones más elevado ( ξ= 127 µm frente a ξ= 78 µm) pero, sobre todo, una mayor asimetría (σ = 54,17 a σ = 28,59) asociada a la presencia de elevados valores locales de tensión.

Figura 7. Comparación entre la distribución de las tensiones de crecimiento en las parcelas 1 y 4

En el caso de la parcela 1, las cortas intermedias permitieron que los árboles remanentes quedasen espaciados y, por lo tanto, en una posición privilegiada en la que podían expandir sus copas de forma equilibrada y sin necesidad de reorientarse. Es la parcela que cuenta con unos valores medios de tensiones de crecimiento más reducidos y equilibrados.

En la parcela 4, la corta de una de cada dos filas provocó que los árboles remanentes dispusieran de nuevos estímulos de crecimiento al suprimirse la competencia con los árboles de las filas paralelas que fueron cortados pero, al mismo tiempo, estos estímulos debieron incrementar la competencia con los árboles situados en sus mismas filas. Es decir, surgió una nueva oportunidad de crecimiento pero que exigía reorientaciones asociadas a elevados valores locales de tensiones.

Esta comparación entre las parcelas 1 y 4 permite apreciar como la silvicultura puede ejercer un importante papel para minimizar el efecto de las tensiones de crecimiento.

En cuanto a la probable relación entre la disminución de los valores de las tensiones de crecimiento con la edad, existe un primer concepto intuitivo según el cual no tendrá las mismas facilidades para competir un eucalipto “joven” que otro de mayor edad.

Esta hipótesis se confirma al estudiar las parcelas 2 y 3, en realidad subparcelas pertenecientes a una gran parcela principal. En este caso, tanto el espaciamiento como las condiciones silvícolas son muy similares y existe una clara reducción del nivel de tensiones en los eucaliptos de 35 años de edad sobre los de 32 años (ξ = 70 µm frente a ξ= 92 µm).

Sin embargo, es posible matizar esta primera impresión que confirma los resultados de proyectos anteriores.

Aunque los eucaliptos de la parcela 5 tienen una edad de 35 años presentan una distribución de tensiones de crecimiento anormalmente elevada y desequilibrada (ξ = 96 µm, σ = 55).

La parcela 5 fue plantada con una elevada densidad inicial (1.900-2.000 árboles/ha) y no recibió ningún tratamiento silvícola posterior. Con los años se desarrolló una fuerte competencia entre árboles a consecuencia de la cual es posible encontrar dentro de la parcela estratos de eucaliptos en diversas situaciones.

De nuevo los árboles dominantes de la parcela 5 (ver árbol 12 en la Figura 8) tienen una distribución de tensiones reducida y equilibrada.

Figura 8. Comparación entre la distribución de tensiones de los árboles 12 y 14 de la parcela 5

También existen árboles dominados y que parecen haber renunciado a sus posibilidades de crecimiento. Con una edad de 35 años y sin acceso a la luz este grupo de árboles presenta una baja distribución de tensiones de crecimiento

Sin embargo, existe otro grupo de árboles (ver árbol 14 en la Figura 8) que ocupan una posición codominante y que continúan compitiendo entre ellos, tratando de reorientarse para acceder a una posición más privilegiada. En este caso la elevada densidad inicial de la parcela continua provocando fenómenos de competencia entre algunos árboles que se traduce en una distribución de sus tensiones de crecimiento elevada y desequilibrada a pesar de sus 35 años de edad.

Con la prudencia que debe acompañar siempre al género Eucalyptus los resultados de este estudio permiten interpretar el desarrollo de las tensiones de crecimiento como una estrategia por parte de los arboles para competir de forma ventajosa por una posición privilegiada (Figura 9).

Figura 9. Distribución de tensiones asociadas a las principales estrategias de competencia observadas en Eucalyptus globulus.

Una primera forma de competencia en una especie intolerante como E. globulus es el desarrollo de un rápido ascenso en altura en busca de luz, propio de árboles jóvenes y esbeltos creciendo bajo condiciones de elevada densidad. En este caso los árboles presentan una distribución de tensiones equilibrada aunque con un elevado valor medio y bajo condiciones silvícolas similares, es habitual que los árboles más jóvenes desarrollen mayores valores de tensiones.

Lo anterior coincide con la sugerencia realizada por diversos autores (Washusen e Ilic, 2001) al señalar la posibilidad de encontrar elevados niveles de madera de tensión en plantaciones jóvenes de E. Globulus de rápido crecimiento y formadas por árboles verticales y derechos. Es importante considerar que, en este caso, los eucaliptos tenían una edad de 23 años mientras que el estudio citado se realizó sobre árboles de 10 años de edad.

Otra forma de competencia es el desarrollo de estrategias de reorientación en la que los árboles presentan una distribución de tensiones desequilibrada debido a la existencia de elevados valores locales de tensión. Esta estrategia permite al árbol autoequilibrarse en aquellas situaciones que exigen desarrollar esfuerzos en una dirección concreta.

Ambos tipos de competencia están influidos por la silvicultura, confirmando la hipótesis sugerida por Kubler (1988), en el sentido de que es posible minimizar el nivel de tensiones al mantener las condiciones de crecimiento y la distribución espacial de los árboles lo más uniforme posible a lo largo de su vida. En esencia limitar la aparición de estímulos que supongan, por parte del árbol, un incentivo para competir.

La silvicultura también puede ejercer el efecto contrario durante mucho tiempo y se confirma la presencia de elevados valores de tensión en eucaliptos de hasta 35 años creciendo en parcelas orientadas a la producción de celulosa y por lo tanto con una elevada densidad.

En la Península Ibérica los tratamientos silvícolas de las plantaciones de eucalipto se han orientado con el criterio de la producción de fibra para la industria de pasta de papel. En la actualidad se recomienda plantar entre 1.100 y 1.600 plantas por hectárea y emplear turnos entre los 12 y 15 años en función de la calidad de la estación (Gonzalez et al. 1997).

Tanto la elevada densidad de las plantaciones como la reducida edad de corta son dos factores que generan elevadas tensiones de crecimiento y, en la practica, limitan la posible diversificación de las aplicaciones de la madera de eucalipto procedente de plantaciones.

En estos momentos, entre Galicia y Portugal las existencias de madera de eucalipto en pie superan los ochenta millones de metros cúbicos con corteza. Si en el futuro, se plantease diversificar las aplicaciones de elevado valor de estos eucaliptares no bastaría con aumentar el turno de corta sino que sería necesario desarrollar cortas intermedias que permitan reducir la competencia entre árboles y, por lo tanto, su nivel de tensiones.

En Galicia, buena parte de la industria transformadora de madera maciza de eucalipto se aprovisiona, principalmente, gracias al aprovechamiento de los árboles presentes en las masas mixtas, especialmente con Pinus pinaster. En estas masas es habitual que los pies de eucalipto actúen como árboles dominantes lo que les permite extender sus copas y disminuir y equilibrar su nivel de tensiones internas.

Por ello, la conclusión más importante en el ámbito forestal es la posibilidad de desarrollar una nueva silvicultura para los eucaliptares europeos tratados a monte alto y que intente compatibilizar los intereses de las industrias consumidoras de fibra y aquellas que necesitan madera maciza.

3.2.- Tensiones de crecimiento en árboles con anillado

En la parcela número 2 se anillaron 8 árboles que permanecieron unos 13 meses en el bosque.

En los árboles con una distribución de tensiones desequilibrada (ξ = 118 µm / σ = 56) el anillado produce una importante reducción de los valores locales más elevados, que se traduce también en un descenso de los valores medios de las tensiones de crecimiento. Transcurridos 13 meses, la desviación típica se ha reducido hasta el 68% del valor inicial (σ = 38) y el valor medio de las tensiones de crecimiento se reduce al 72% del valor inicial (ξ = 85 µm).

Sin embargo, en la muestra de árboles que inicialmente presentaba una distribución de tensiones equilibrada (ξ = 80 µm / σ = 16) el anillado apenas produce efectos cuantificables. Transcurridos 13 meses, el valor medio ha disminuido hasta el 86% del valor inicial (ξ = 69 µm) y la desviación típica se incrementa en un 25% (σ= 20).

La Figura 10 resume el efecto del anillado en dos árboles de la parcela 2. El número 10 es representativo de la muestra de árboles con tensiones equilibradas y el número 12 de la muestra de árboles con tensiones inicialmente desequilibradas.

Figura 10. Efecto del anillado en los árboles 10 y 12 de la parcela 2

En el árbol número 12, el anillado ejerce un efecto equilibrador de los dos puntos con mayores tensiones de crecimiento (puntos 6 y 7). Como consecuencia el valor medio de la distribución de tensiones se reduce y, sobre todo, la nueva distribución se equilibra disminuyendo el valor de su desviación típica.

En el árbol número 10 la situación es diferente. En este caso, el árbol parece adaptarse al daño infringido por el anillado pero sin grandes alteraciones en el valor medio o la desviación típica de su distribución de tensiones inicial.

En la parcela número 3 se anillaron 6 árboles que permanecieron 3 meses en el bosque.

En los árboles con una distribución de tensiones desequilibrada (ξ = 96 µm / σ = 34) el anillado produce un descenso de los valores locales más elevados que se traduce en una reducción de la desviación típica hasta el 59% del valor inicial (σ = 20) lo que a su vez disminuye el valor medio de las tensiones de crecimiento al 80% del valor inicial (ξ = 77 µm).

De nuevo, en la muestra de árboles que inicialmente presentaba una distribución de tensiones equilibrada (ξ = 59 µm / σ = 18) el anillado produce efectos menos evidentes. Transcurridos 3 meses, el valor medio se incrementa en un 5% del valor inicial (σ = 62 µm) mientras la desviación típica disminuye al 78% del valor inicial σ= 14).

En todas las parcelas se ha repetido esta situación, confirmando que el principal efecto del anillado se produce en árboles con una distribución de tensiones de crecimiento desequilibrada y consiste en reducir los valores puntuales más elevados equilibrando la nueva distribución de tensiones.

Este efecto se traduce en una homogenización de la distribución de las tensiones de crecimiento a lo largo de la circunferencia del tronco que, al disminuir los esfuerzos concentrados, limita la aparición de importantes grietas de rotura en sentido tangencial.

En cuanto al tiempo necesario para que se manifieste esta reducción, los resultados del proyecto indican que es necesario que los árboles permanezcan vivos y en pie durante un periodo próximo a los tres meses antes de proceder a su corta.

El anillado se ha utilizado de forma tradicional en varios países, aunque no existe constancia que sus efectos hallan sido cuantificados de forma científica. En Australia y Galicia solía realizarse a eucaliptos previamente seleccionados para su destino como madera de construcción mientras que en Chile se aplica esta técnica a los eucaliptos seleccionados para fabricación de chapa foliada.

Una de las limitaciones para aplicar este método es el riesgo de producir la muerte del árbol en pie y el consiguiente peligro de su caída. En todos los casos, los árboles anillados han seguido vivos durante un periodo de tiempo mínimo de un año y medio y desarrollando rebrotes para recuperarse de la herida infringida.

Parece evidente que la capacidad de los árboles para recuperarse del daño infringido disminuye con la edad y los árboles de las parcelas 2 y 3 (32 y 25 años) comenzaron a secarse a los 18 meses aproximadamente de haberles practicado el anillado.

Lógicamente, el anillado deja expuesto a la intemperie una porción del tejido del cambium y es posible que si se realiza en los meses más cálidos, coincidiendo con altas temperaturas y/o vientos desecantes, pueda provocar la muerte del árbol con rapidez. Por ello es recomendable considerar que la corta de los árboles se realice en el menor tiempo posible a partir de los tres meses desde su anillado.

3.3.- Aserrado

Después de realizar las primeras experiencias industriales, se comprueban dificultades en cuantificar la relación entre el nivel de tensiones de la madera en pie con las deformaciones existentes en la madera aserrada, entre otros factores, el nivel de grietas desarrolladas estaba influenciado por el tipo de despiece y la manipulación que recibieran los tablones durante su aserrado.

Sin embargo, en base a los antecedentes recogidos durante la determinación y analísis de las tensiones de crecimiento se diseñó un modelo teórico de su distribución a lo largo de la sección de un tronco (Figura 11). Este modelo permite interpretar teóricamente el conjunto de las deformaciones que aparecen durante cualquier opción de aserrado como sigue:

Figura 11. Modelo teórico de la distribución de las tensiones de crecimiento en el interior de una troza

Como consecuencia de las tensiones de crecimiento, en un árbol en pie, las fibras distribuidas en la periferia del tronco se encuentran sometidas a esfuerzos de tensión longitudinal que aumentan su intensidad hacia el exterior del tronco. Los valores medidos con el extensómetro son un indicador de la magnitud de estos esfuerzos.

Este conjunto de fibras “jóvenes” sometidas a esfuerzos de tensión en el interior del tronco presenta una longitud mayor de lo normal. En el momento de la corta del árbol, tronzado y posteriores operaciones de aserrado se produce una liberación de las tensiones a que están sometidas estas células y como consecuencia tienden a acortarse.

Debido al mismo efecto, las fibras de la zona interior del tronco se encuentran sometidas a esfuerzos de compresión longitudinales que aumentan su intensidad hacia la médula. Estas fibras tenderán a expandirse, aumentando su longitud, como consecuencia de cualquier actividad que produzca una liberación de tensiones.

La transición entre las áreas sometidas a tensión y comprensión ocurre, aproximadamente, entre un tercio y un medio de la distancia de la periferia del tronco a la medula.

Como ejemplo, es posible aplicar este modelo teórico para interpretar las deformaciones que se manifiestan durante la liberación de tensiones producida por un aserrado con sierra de banda y una secuencia de cortes paralelos (Figura 12).

Figura 12. Representación de las deformaciones producidas durante un aserrado con sierra de banda y una secuencia de cortes paralelos

El primer corte tiene lugar por la zona en la que las fibras se encuentran sometidas a los máximos esfuerzos de tensión longitudinal y produce una liberación de estos esfuerzos. Esta liberación conlleva una reducción de la longitud de estas fibras tanto mayor cuanto más cerca a las proximidades del cambium.

El principal efecto que se manifiesta durante el aserrado del primer tablón es una curvatura de cara con su concavidad hacia la corteza, indicador de que las fibras que se encuentran en la periferia del tronco se encuentran sometidas a una mayor tensión por lo que tienden a acortarse más.

Las curvaturas de canto son despreciables frente a las de cara porque su resultante se encuentra equilibrada al producirse con magnitud similar y sentidos opuestos con respecto al eje central del tablón.

El segundo corte se produce por una zona en la que las fibras continúan, en su mayor parte, sometidas a esfuerzos de tensión longitudinal salvo la influencia de una reducida zona de fibras en la parte central del tablón sometidas a esfuerzos de compresión.

La liberación de las tensiones producida por este corte se traduce en una reducción de la longitud de las fibras sometidas a esfuerzos de tensión longitudinal y en un incremento de la longitud de las fibras sometidas a esfuerzos de compresión longitudinal.

Al igual que en el corte anterior, el principal efecto que se manifiesta en la tabla de madera aserrada es una curvatura de cara, con su concavidad hacia la corteza.

El tercer corte se produce por una zona del tronco en la que las fibras están sometidas tanto a esfuerzos de tensión como de compresión longitudinales.

A medida que los cortes se adentran hacia el interior del tronco, el conjunto de las fuerzas que se manifiestan como consecuencia de la liberación de las tensiones de crecimiento se equilibran en torno a los cantos de las piezas por lo que se reducen las curvaturas de cara en la madera aserrada.

En cuanto a las curvaturas de canto, el esfuerzo que se produce en cada sentido se incrementa considerablemente al acumularse el doble efecto producido por el acortamiento de las fibras situadas sobre la periferia del tronco y el alargamiento de las fibras en su parte central. Ambos efectos se superponen creando una resultante que tiende a producir una doble curvatura de canto con sus concavidades hacia el exterior.

Aunque estas fuerzas se encuentran equilibradas respecto al eje central de la tabla, su mayor intensidad genera esfuerzos de tracción perpendicular en el centro de la pieza que a menudo provocan la aparición de grietas.

El cuarto corte se produce por la zona central del tronco donde los esfuerzos que generan tracción perpendicular a la fibra se hacen máximos y coinciden con la porción del tronco que posee una menor resistencia frente a este tipo de esfuerzos al incluir la médula y madera juvenil.

En estas condiciones es normal la aparición de importantes grietas en los tablones centrales cuya magnitud va a depender, entre otros factores, de los valores medios de las tensiones de crecimiento, de su gradiente, de las propiedades de la madera y de la manipulación más o menos cuidadosa que reciba la tabla durante su procesado.

De manera análoga al aserrado en el grupo de cabeza, es posible aplicar el mismo modelo para interpretar las deformaciones que tienen lugar durante las distintas opciones de reaserrado de madera de eucalipto.

Por ejemplo, durante el reaserrado de tablas tangenciales (Figura 13) las piezas laterales tenderán a desarrollar nuevas curvaturas de canto debido a la asimetría existente respecto al eje de la pieza, con sus cantos formados por las fibras sometidas a los mayores esfuerzos de tensión longitudinal.

Figura 13. Liberación de tensiones durante el reaserrado de una tabla tangencial

Durante la liberación de tensiones producida por el reaserrado, estas fibras se acortan produciendo la curvatura de canto de estas tablas.

En el caso de las piezas centrales con influencia de la zona de fibras comprimidas, la liberación de tensiones tiende a provocar curvaturas de cara al acumularse el doble efecto producido por el acortamiento de las fibras sobre la cara superior de la tabla y el alargamiento de las fibras en su cara inferior.

A su vez, si el reaserrado produce un número impar de piezas finales, la tabla central (formada por fibras sometidas mayoritariamente a esfuerzos de compresión) puede estar equilibrada por lo que la liberación de estos esfuerzos se produce de forma simétrica, sin una resultante definida y por lo tanto sin producir curvaturas importantes (Figura 14).

Figura 14. Reaserrado de una tabla de despiece

3.4. Principales opciones de aserrado en grupo de cabeza

Una de las opciones para evitar el desarrollo de fendas durante el aserrado de eucaliptos con una sierra de banda, consiste en realizar giros que limiten la aparición de esfuerzos de tracción perpendicular en las piezas centrales. Para ello, la recomendación general (Waugh, 1997) es no realizar cortes paralelos que se adentren en la troza una distancia superior a dos tercios de su radio (Figura 15).

Figura 15. Realización de giros para limitar la aparición de grietas.

De esta forma se rompe la simetría de los esfuerzos que provocan tracción perpendicular, sustituyéndolos por una liberación de las tensiones en forma de esfuerzos que producen curvaturas de cara.

Otro esquema que permite evitar el desarrollo de fendas es realizar un corte al medio de la troza que impide la aparición de esfuerzos de tracción perpendicular en los tablones centrales (Figura 16).

Este corte central provoca que las dos semitrozas tengan una gran parte de sus tensiones internas liberadas por lo que pueden ser reaserradas posteriormente mediante cortes paralelos.

Un último ejemplo para evitar el desarrollo de fendas con una sierra de banda consiste en incorporar a un esquema de cortes paralelos, nuevos cortes realizados de forma simultánea con una o varias sierras circulares horizontales acopladas a la máquina de cinta (Figura 16).

Figura 16. Ejemplos de corte al centro de las trozas e incorporación de sierras circulares para evitar el desarrollo de grietas en los extremos de las trozas

El corte de la sierra circular permite crear una “línea de referencia” a través de la cual se produce una fuerte liberación de tensiones, consiguiendo que las tablas obtenidas no desarrollen nuevas fendas y, además, disminuye las deformaciones durante el reaserrado posterior al haber liberado previamente un porcentaje importante de las tensiones internas de la pieza.

En relación con la liberación de las tensiones de crecimiento, el aserrado con una máquina alternativa en grupo de cabeza, presenta características similares a las del aserrado paralelo con una sierra de banda

Aunque la sierra alternativa produce los cortes de forma simultánea, no permite evitar la aparición de fendas en los tablones centrales donde se producen los mismos efectos desfavorables que en el aserrado tradicional.

Otras opciones de maquinaria en grupo de cabeza emplean sistemas de aserrado con cortes dobles y simétricos (sierras enfrentadas y chipper-canter con sierras circulares)

A pesar de sus diferencias, estos dos sistemas de aserrado producen un efecto similar desde el punto de vista de la liberación de tensiones de crecimiento.

Ambas opciones permiten realizar cortes simétricos y giros que limitan la aparición de fendas en las piezas centrales. Para evitar la aparición de fendas debe cumplirse la recomendación general de que los cortes producidos en cada secuencia no se adentren en la troza una distancia superior a los dos tercios del radio.

La Figura 17 representa el efecto en la liberación de las tensiones de crecimiento de un esquema de corte empleando un chipper-canter con un grupo de sierras circulares.

Durante el primer avance, se elimina la parte de fibras más tensionadas mientras las sierras circulares obtienen tablas tangenciales respetando la recomendación de no adentrarse en la troza una distancia superior a los dos tercios del radio. Una vez alcanzada esta distancia de seguridad se produce el giro y se repite la secuencia de corte con la intervención de los dos chippers y nuevamente de las sierras circulares.

En el caso de las sierras enfrentadas el efecto es muy similar (Figura 17). El giro de la troza puede producirse después de cada secuencia de corte o bien producir cortes paralelos hasta alcanzar la distancia de seguridad y girar la troza a continuación.

Figura 17. Esquema de corte empleando un chipper-canter (A) y sierras enfrentadas (B).

Empleando esquemas de corte como los descritos, ambos sistemas producen una liberación de tensiones simétrica y gradual que permite obtener un núcleo central prácticamente sin deformaciones como curvaturas o fendas.

Las tablas producidas tienden a desarrollar curvaturas de cara que presentan todavía tensiones residuales internas que se liberarán durante su posterior reaserrado.

3.5. Disminución del efecto de las tensiones de crecimiento durante el reaserrado

Para cuantificar el efecto del presecado se empleó un esquema que produce cortes paralelos en el grupo de cabeza para obtener tablas de 32 mm de espesor y anchura variable. Una parte de estas tablas fue reaserrada directamente en un grupo de sierras circulares hasta un ancho de 72 mm y la otra parte fue presecada y reaserrada posteriormente en el mismo equipo y con el mismo criterio que las tablas anteriores.

Los valores medios de las curvaturas de la madera reaserrada en verde fueron 5.9 mm (σ = 3.0) para las curvaturas de cara y 5.2 mm (σ = 3.6) en el caso de las curvaturas de canto. Los valores de las curvaturas obtenidas en la madera reaserrada después de su presecado fueron de 3.5 mm (σ = 2.6) en el caso de las curvaturas de cara y de 2.4 mm (σ = 1.8) para las curvaturas de canto.

Los valores de las curvaturas de la madera presecada fueron, respectivamente, el 60% y el 46% de los que presentaba la misma madera reaserrada en estado verde. Los valores de la desviación típica también descendieron considerablemente, en especial los de las curvaturas de canto que alcanzaron un 50% del valor inicial de la madera reaserrada en estado verde.

En otra experiencia, complementaria de la anterior, se realizó un canteado de las tablas previo a su entrada en el presecadero con el objetivo de facilitar su transporte y disminuir el espacio requerido para su apilado.

En este caso los valores de las curvaturas de la madera canteada y presecada fueron, respectivamente, el 46% y el 25% de los que presentaba la madera canteada y reaserrada en estado verde. Los valores de la desviación típica también descendieron considerablemente, en especial los de las curvaturas de canto que alcanzaron un 22% del valor inicial de la madera reaserrada en estado verde.

El canteado de las tablas produce una liberación de las tensiones de crecimiento que se manifiesta con una tendencia a incrementar las curvaturas de cara y reducir la manifestación de las de canto. Por ello, el presecado de tablas canteadas disminuye la manifestación de curvaturas de canto en el producto final.

En cuanto a las curvaturas de cara, es importante señalar que pueden ser parcialmente absorbidas durante el presecado mediante la colocación de cargas sobre las pilas de madera.

En todos los casos, los resultados confirman el importante efecto equilibrador que produce un presecado de la madera en las deformaciones que tienen lugar durante su reaserrado posterior.

CONCLUSIONES

El análisis de los datos obtenidos durante este trabajo permite interpretar el desarrollo de las tensiones de crecimiento como una estrategia por parte de los árboles para competir de forma ventajosa por una posición privilegiada. Esta estrategia puede manifestarse de varias formas (ascenso en altura, reorientaciones, etc.) relacionadas, a su vez, con el tipo de distribución de las tensiones de crecimiento a lo largo del perímetro del tronco.

Desde el punto de vista forestal, la conclusión más importante es la confirmación de las relaciones existentes entre silvicultura y tensiones de crecimiento y, por lo tanto, la posibilidad de desarrollar una silvicultura para los eucaliptares europeos tratados a monte alto que intente compatibilizar los intereses de las industrias consumidoras de fibra y aquellas que necesitan madera maciza.

El anillado se revela como un método simple que puede ser aplicado al árbol en pie y que permite equilibrar el valor de las tensiones de crecimiento, disminuyendo parcialmente los defectos que aparecerán durante el aserrado.

Se ha diseñado un modelo de distribución de tensiones de crecimiento en el interior del árbol que permite interpretar el conjunto de las deformaciones que se manifiestan durante cualquier opción de aserrado y reaserrado. Aunque no existe una solución única para el aserrado de eucaliptos, el modelo propuesto puede aplicarse para diseñar estrategias de aserrado que minimicen el impacto de las deformaciones en cada producto concreto.

Este modelo ha sido comprobado mediante la realización de unas 20 experiencias industriales de aserrado con diversas opciones de maquinaria, desde sierras de cinta y carros portatroncos, hasta sierras enfrentadas, alternativas y circulares con chipper-canter.

Empleando un despiece adecuado, es posible evitar el desarrollo de las fendas en el grupo de cabeza tanto con equipos tradicionales (carro portatroncos y sierra de banda) como con tecnologías de corte múltiple (sierras enfrentadas y chipper-canter con sierras circulares).

Por otro lado, introduciendo tecnologías de presecado antes del reaserrado final, pueden reducirse considerablemente las deformaciones que tienen lugar durante el reaserrado posterior (curvaturas de cara y/o canto).

En suma, los resultados del proyecto reafirman las posibilidades de diversificar las aplicaciones de elevado valor de los eucaliptares europeos, lo que permite a su vez plantear importantes expectativas de futuro en la política forestal de galicia.

NOTA

Nota Técnica Especial Invitada. Basada en: Touza, M. 2001. Proyecto de investigación sobre sistemas de aserrado adecuados para procesar Eucalyptus globulus con tensiones de crecimiento CIS-Madera 6:8-37.

AGRADECIMIENTOS

El CIS-Madera agradece la colaboración de todas las empresas y personas que con su esfuerzo han hecho posible este Proyecto. En particular a: Sr. Fernando Lorenzo y Sr. José María Lorenzo de Parquets Lorenzo, S.A.; Sr. José Ramón Sánchez Pena y Sr. José Manuel Sánchez Pena de Hermanos Sánchez Pena, S.L.; Dr. Simon Möhringer, Sr. Fernando Morales y Sra. Dorothee Moolhuyzen de Möhringer GmbH.; Sr. Carlos Ucha de Maderas Betanzos, S.L.; Sr. Antonio Cándido Leite de Sardinha & Leite, S.A. ; Dr. Jean Gerard, Dr. Bernard Thibaut y Sra. Anne Thibaut del CIRAD-Forêt; Dr. Joseph Grill y Dr. Frederic Dubois del Laboratoire de Mécanique et de Génie Civil de la Universidad de Montpellier II.

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