myb21(3)-19-46

Características tecnológicas de la madera de dos especies de Quercus de Durango, México

Technological characteristics of the wood of two Quercus species from Durango, México

Carmen de la Paz Pérez Olvera1*, Raymundo Dávalos-Sotelo2, Roberto Limón Godina3 y Paz Alejandra Quintanar Isaías1

1 Universidad Autónoma Metropolitana Iztapalapa. Departamento de Biología. México D. F.

* Autor de correspondencia cppo@xanum.uam.mx

2 Instituto de Ecología, A. C. Red de Ambiente y Sustentabilidad. Xalapa, Veracruz, México.

3 Facultad de Contaduría y Administración. Universidad Juárez del Estado de Durango, Durango, Dgo.

Resumen

Se determinaron las características anatómicas, físicas, mecánicas y de velocidad de secado al aire libre de la madera de cinco árboles de Quercus sideroxyla Humb. & Bonpl. (encino rojo) y dos de Quercus rugosa Née (encino blanco), recolectados en tres municipios del estado de Durango. Para el estudio anatómico macroscópico se usaron muestras de 12 cm x 7 cm x 1 cm y para el anatómico microscópico se hicieron laminillas fijas de cortes y de material disociado. Con pruebas histoquímicas se determinaron taninos. Los elementos mensurables se clasificaron con base en la media. Se incluye la posición taxonómica, características morfológicas, distribución geográfica y altitudinal y nombres comunes. Las características tecnológicas se determinaron en condición verde (saturada) y en condición seca (12% de contenido de humedad), usando probetas de diferentes dimensiones. La madera de los siete individuos, presentó características semejantes para unos casos y diferentes para otros entre subgéneros y diferencias entre individuos del mismo subgénero. Las características físicas de ambas especies se clasifican como altas a muy altas; las propiedades-mecánicas tanto en condición verde como en seca, se clasifican como duras, rígidas y resistentes para la mayoría de los casos, con la notable excepción de la resistencia en compresión paralela para las dos especies y en cortante paralelo para Q. rugosa que es moderadamente resistente. Los resultados se compararon con lo disponible en la literatura para ambas especies, coincidiendo en muchas características con las estudiadas en el presente trabajo. Con base en los resultados se sugieren usos.

Palabras clave: características anatómicas, propiedades físicas, propiedades mecánicas, Quercus rugosa, Quercus sideroxyla, secado al aire libre.

Abstract

The anatomical characteristics, physical properties, mechanical properties and air-drying speed were determined for the wood of five trees of Quercus sideroxyla Humb. & Bonpl. (red oak) and two of Quercus rugosa Nee (white Oak), collected in three municipalities of the State of Durango. For the macroscopic anatomical study specimens of 12 cm x 7 cm x 1 cm were used and for the microscopic anatomical study, thin slices were cut and used along with fragmented material. Histochemical tests were carried out to determine tannins. The measurable elements were classified based on the average. They included the taxonomic position, morphological characteristics, geographic and altitudinal distribution and common names. The technological characteristics were determined in green and dry conditions, using specimens of various dimensions. The wood of the seven individuals, presented similar characteristics in some cases and different in others between subgenera and differences between individuals of the same subgenus were recorded. The physical characteristics of both species are classified as high to very high; the mechanical properties in both green and dry conditions are classified as hard, stiff and strong in the majority of the cases, with the notable exception of the strength in compression parallel of the two species and shear parallel of Q. rugosa which is moderately strong. The results were compared with data available in the literature for both species, coinciding in many characteristics with the studied in the present work. Based on the results suggested applications are given.

Keywords: anatomical characteristics, physical properties, mechanical properties, Quercus rugosa, Quercus sideroxyla, air-drying.

Introducción

México es el país con mayor diversidad de especies del género Quercus (encinos); en los bosques de clima templado frío del país, representan el recurso maderable más abundante de las angiospermas (Rzedowski, 1978; Miranda y Hernández-X. 1963). En el estado de Durango crecen 36 especies de encinos, entre las que se encuentran Quercus sideroxyla y Quercus rugosa, especies con amplia distribución en el país (Zavala, 1995). Su distribución en el estado de Durango comprende lo largo y ancho de la Sierra Madre Occidental (Inegi, 2013). La superficie forestal del estado abarca 91289 km2 de los cuáles 54844 km2 corresponden a bosques y selvas y 36445 km2 a vegetación de zonas áridas, hidrófila y halófila y áreas perturbadas (Inegi, 2013).

El estado de Durango se encuentra al noroeste de la parte central de la República Mexicana, quedando comprendido entre los paralelos 22º17’ y 26º50’ de latitud Norte y entre los meridianos 102º30’ y 107º09’ de longitud Oeste. El estado de Durango está ubicado en las provincias fisiográficas de la Sierra Madre Occidental, de las Sierras y Llanuras del Norte y Mesa del Centro. Tiene una superficie de 123,317 km² que representa 6.3% de la superficie nacional y una altitud promedio de 1775 m snm (Inafed, s/f); 46% de su superficie está en la zona templada, 31.2% en la zona semiárida, 18.8% en la zona árida y solamente 4% en la zona del trópico seco. La Sierra Madre Occidental abarca 46.56% de su territorio, con una anchura de hasta 160 km y cumbres de más de 3000 m de altura (Inegi, 2013). El estado de Durango tiene climas del grupo seco, templado y cálido con un intervalo de temperatura media anual de 8 °C a 26 °C y niveles de precipitación total anual que varían de 100 mm a 2000 mm, en las diferentes regiones del estado. La precipitación pluvial promedio mensual fue de 574 mm para el período de 1971 a 2000 (Inegi, 2013). Para 2012, la precipitación anual había disminuido a 406 mm y para 2013 aumentó ligeramente a 517 mm, aún por debajo del promedio anual en la última etapa del siglo XX; el intervalo de precipitación total anual para esos dos años fue 300 mm a 1500 mm por efecto de la prolongada sequía que ha afectado a esta región del norte de México (Inegi, 2014a).

Los estudios tecnológicos de la madera proporcionan información acerca de las propiedades de las diversas especies. Estas características influyen en los procesos de transformación, en el comportamiento en el secado, el aserrío, el maquinado y en el producto final o uso más adecuado al que se deba destinar este valioso recurso forestal, que debe estar en relación con sus propiedades (De la Paz-Pérez, 1985, De la Paz-Pérez et al, 2000, De la Paz-Pérez y Dávalos, 2008).

Objetivo

Describir la anatomía, las propiedades físicas y mecánicas en condición verde y al 12% de humedad y la velocidad de secado al aire libre, de la madera de cinco árboles de Quercus sideroxyla (encino rojo) y dos de Quercus rugosa (encino blanco), recolectados en tres municipios del estado de Durango.

Materiales y métodos

Los siete árboles, cuya madera se estudió, fueron recolectados en el estado de Durango, en los municipios de: Santiago Papasquiaro, San Dimas y Durango para Q. sideroxyla y en el municipio de Durango para Q. rugosa, entre los 2600 m y 2740 m snm (Fig. 1). Se dan las características climáticas para cada sitio de recolección basadas en el Servicio Meteorológico Nacional (2014). Para ambas especies se proporcionan: su posición taxonómica, su distribución geográfica y altitudinal, sus nombres comunes y sus características morfológicas, con base en Trelease (1924), McVaugh (1974), Martínez (1981), González (1986), Nixon (1993), Zavala (1995) y Valencia (2004). Los especímenes de respaldo se registraron en el Herbario y en la Xiloteca de la Universidad Autónoma Metropolitana-Iztapalapa (Tabla 1).

Tabla 1. Datos de recolección y registros.

Municipio

Localidad

Longitud W

Latitud N

Altitud

msnm

Árbol

Altura

total (m)

DAP
(cm)

Herbario

Xiloteca

Quercus sideroxyla

Santiago

Papasquiaro

Cañada San Miguel

El Negro y Nexos

106° 09’ 15.6”

25° 06’ 07.2”

2606

20

18

47.5

72117

M-240

106° 09’ 17.9”

25° 06’ 05.0”

2604

22

18

59.0

72119

M-242

San Dimas

Puentecillas

105° 55’ 51.9”

24° 19’ 59.1”

2715

1

21

46.7

72120

M-222

105° 55’ 53.1”

24° 19’ 59.8”

2719

2

19

55.6

72121

M-223

Durango

Cuevecillas y
Culebras

104° 52’ 10.5”

23° 30’ 48.5”

2729

10

17

46.2

72122

M-230

Quercus rugosa

Durango

Cuevecillas y
Culebras

104° 51’ 45.6”

23° 30’ 24.7”

2733

11

19

51.9

75647

M-231

104° 51’ 40.4”

23° 30’ 22.2”

2729

12

16

60.2

75648

M-232

Figura 1. Sitios de recolección.

Anatomía

De cada árbol se obtuvieron cuatro trozas de 2.50 m medida de base a copa. A la altura de 2.50 m se cortaron dos rodajas de 5 cm de grosor; de una de ellas se obtuvieron tablillas transversales y de la otra se obtuvieron cubos de 1 cm x 1 cm, tanto de albura como de duramen (Fig. 2a). Los cubos se ablandaron a ebullición en agua destilada, alrededor de 30 horas para el encino rojo y 50 horas para el encino blanco, para obtener cortes transversales, tangenciales y radiales de 15 µm a 20 µm de grosor. Los cortes se tiñeron con Safranina-Verde Rápido de acuerdo con López et al. (2005) y se montaron con entellán. De los mismos cubos se obtuvieron astillas a las que se les agregó una solución a partes iguales de ácido acético glacial, ácido nítrico, ácido láctico y glicerina, para obtener material disociado; este se tiñó con pardo de Bismark y se montó con gelatina glicerinada (Johansen, 1940). De la troza inferior se obtuvieron tablillas longitudinales de 12 cm x 7 cm x 1 cm que junto con las transversales, se emplearon para describir las características macroscópicas de acuerdo con Tortorelli (1956); para el color se usaron las tablas de Munsell Color (1990).

A los elementos mensurables se les hizo un análisis estadístico univariado y se clasificaron con base en la media, de acuerdo con Chattaway (1932), IAWA Committee (1937; 1939). Para la descripción microscópica se consideró a IAWA Committee (1964; 1989). Para la detección de los taninos se usó la técnica de vainillina–HCl y, para grasas, rojo de aceite “O” (Sandoval, 2005; Tapia et al, 2014).

Propiedades tecnológicas

Los ensayos se efectuaron de acuerdo con la norma ASTM-D-143 (2000). Se utilizó el método primario de ensayo de probetas pequeñas libres de defectos. Se seleccionaron tres trozas por árbol, las más cercanas a la base, y dos probetas por tipo de prueba y por troza para cada condición de humedad (Fig. 2b). El método de selección para cada probeta fue idéntico para todos los árboles. Las pruebas mecánicas se realizaron en una máquina universal de ensayos INSTRON 300DX-F2-G1 con capacidad de 300 kN, los de impacto en una máquina tipo péndulo Charpy (Fig. 3). Los ensayos se llevaron a cabo en el Instituto de Ecología, A. C. en el LINCE-Laboratorio de Pruebas del Centro Regional Durango y los de impacto en el Laboratorio de Ingeniería Mecánica, del Instituto Tecnológico de Durango.

Figura 2. Obtención del material de estudio.

b)

a)

Figura 3. Máquina tipo péndulo para prueba de impacto.

Propiedades físicas

Se ensayaron: densidad básica, contracciones radiales, tangenciales y volumétricas; a partir de estas últimas se calculó el coeficiente de anisotropía. La densidad se clasificó de acuerdo con Torelli (1982), las contracciones, de acuerdo con Echenique-Manrique et al. (1975).

Propiedades mecánicas

Se ensayaron: flexión estática, compresión paralela a la fibra, compresión perpendicular a la fibra, dureza Janka, cortante paralelo a la fibra e impacto. Los valores de carga se registraron en Newtons (N) y los esfuerzos se calcularon en MPa. Las propiedades mecánicas en condición verde se clasificaron de acuerdo con Dávalos y Bárcenas (1998). Las propiedades mecánicas en condición seca se clasificaron de acuerdo con Dávalos y Bárcenas (1999). No se clasificaron las características de impacto por no contar con una clasificación adecuada para el experimento efectuado.

Cálculo de propiedades físicas

Densidad básica

Las probetas midieron 50 mm x 50 mm x 25 mm, se obtuvieron de cada uno de los ensayos mecánicos tanto en condición verde como al 12% de contenido de humedad. La densidad se calculó con la siguiente ecuación:

(1)

Donde:

Db = densidad básica en g/cm3

Pa = peso anhidro de la madera en g

Vv = volumen verde de la probeta en cm3

Contracción tangencial y contracción radial

Las probetas midieron 25 mm x 25 mm x 100 mm. Se elaboraron en dirección tangencial y radial. Primero se midieron en condición verde utilizando un vernier digital y se pesaron en una báscula; posteriormente se secaron al aire libre hasta alcanzar un peso constante (contenido de humedad en equilibrio) y se registró su dimensión y peso. Finalmente se obtuvieron las dimensiones y peso en condición anhidra, después de haber colocado las probetas en una estufa de secado a 100°± 3° por 24 horas. Los valores se calcularon con la siguiente ecuación:

(2)

Donde:

CT = contracción tangencial en porciento

CR = contracción radial en porciento

Dv = dimensión en condición verde en mm

D0 = dimensión en condición anhidra en mm

Contracción volumétrica

Las probetas midieron 25 mm x 25 mm x 100 mm. Primero se midieron en condición verde. Después se secaron al aire libre hasta alcanzar 12% de contenido de humedad; posteriormente se secaron en una estufa de secado a 100°C ± 3°C por 24 horas o hasta alcanzar el peso anhidro y se midieron las dimensiones en esa condición. La contracción se calculó con la siguiente ecuación:

(3)

Donde:

Cv = contracción volumétrica en porciento

Vv = volumen verde en mm3

Va = volumen anhidro en mm3

Coeficiente de anisotropía

Esta propiedad representa una medida de la estabilidad dimensional de la madera. Se calcula a partir de los valores medidos de las contracciones tangencial y radial con la siguiente ecuación:

(4)

Donde:

CA = coeficiente de anisotropía

CT = contracción tangencial en porciento

CR = contracción radial en porciento

Cálculo de propiedades mecánicas

Flexión estática

Las probetas midieron 50 mm x 50 mm x 760 mm. La probeta se apoyaba longitudinalmente en sus extremos y la carga se aplicaba sobre la cara tangencial. Se elaboró la gráfica carga-deformación para obtener los valores de módulo de ruptura (MOR) y módulo de elasticidad en flexión (MOE), indicador de la rigidez. Se calcularon con las siguientes ecuaciones:

(5)

Donde

MOR = módulo de ruptura en MPa

Pmáx = carga máxima en N

L = longitud del claro de carga en mm

b = ancho de la probeta en mm

h = peralte de la probeta en mm

(6)

MOE = módulo de elasticidad en flexión en MPa

PLP = carga en el límite proporcional en N

ΔLP = deformación en el límite proporcional en mm

Compresión paralela a la fibra

Las probetas midieron 50 mm x 50 mm x 200 mm. La carga se aplicó en la sección transversal. Antes de efectuar el ensayo, los extremos de la probeta se secaron aplicando una fuente calorífica directa (focos infrarrojos) en cada extremo, para evitar falla por escobillamiento en los extremos de la probeta y propiciar la falla en el centro de la misma. Los valores que se calculan son el esfuerzo máximo (Emáx) y el módulo de elasticidad (MOE) con las siguientes ecuaciones:

(7)

Donde:

Emáx = esfuerzo máximo en compresión paralela en MPa

Pmáx = carga máxima en N

b = ancho de la probeta en mm

h = grueso de la probeta en mm

(8)

Donde:

MOECP = módulo de elasticidad en compresión paralela en MPa

PLP = carga en el límite proporcional en N

L = longitud de medición de deformaciones = 150 mm

ΔLP = deformación en el límite proporcional en mm

Compresión perpendicular a la fibra

Las probetas midieron 50 mm x 50 mm x 150 mm. La carga se aplicó mediante un bloque de acero de 50 mm x 50 mm que se colocó en la zona central de la probeta, sobre una cara radial. Se generó la gráfica carga-deformación, de la cual se obtuvieron los valores de carga a 2.5 mm de deformación y en el límite de proporcionalidad. Con estos valores se calcularon los esfuerzos de compresión perpendicular correspondientes (a 2.5 mm de deformación y en el límite de proporcionalidad). A partir de la misma gráfica, se obtuvo el módulo de elasticidad (MOE). Estos resultados se calcularon con las siguientes ecuaciones:

(9)

Donde:

F = esfuerzo en compresión perpendicular en MPa

b = ancho de la probeta en mm

50 = ancho del bloque aplicador de carga en mm

P2.5= carga a 2.5 mm de deformación

(10)

Donde:

ELP = esfuerzo en el límite proporcional en compresión perpendicular en MPa

PLP = carga en el límite proporcional en N

b = ancho en mm

(11)

Donde:

MOEperp= módulo de elasticidad en compresión perpendicular en MPa

PLP = carga en el límite proporcional en N

ΔLP = deformación en el límite proporcional en mm

h = grueso de la probeta en mm

Dureza Janka

Las probetas fueron las mismas que se usaron previamente para la compresión perpendicular. Se aplicó una fuerza, mediante de una semiesfera de metal de 11.3 mm de diámetro, sobre cada una de las seis caras de la probeta: dos tangenciales, dos radiales y dos transversales. Se registró la fuerza necesaria para que penetrara la semiesfera completa y se obtuvieron los promedios. Al promedio de las cuatro lecturas sobre las dos caras tangenciales y las dos radiales se le llama dureza lateral y al promedio de las dos transversales se le denomina dureza en extremos.

Cortante paralelo a la fibra

Las probetas midieron 50 mm x 50 mm x 63 mm. La carga se aplicó sobre la pestaña inferior de la cara transversal para desprender una parte de la probeta por el plano de cortante. El esfuerzo se calculó con la siguiente ecuación:

(12)

Donde:

Fv = esfuerzo máximo en cortante paralelo a la fibra en (MPa)

Pv = carga máxima en N

b = ancho en mm

h = grueso en mm

Impacto

Las probetas midieron 20 mm x 20 mm x 300 mm. La prueba tipo péndulo Charpy consiste en aplicar una carga de impacto a la probeta, sobre un claro de carga (distancia entre apoyos) de 254 mm, dejando caer un péndulo desde una determinada altura y aplicando la carga dinámica al centro del espécimen. El péndulo se eleva a un ángulo de 1600 que corresponde a su posición más alta, asegurando el brazo del péndulo con el sujetador de la máquina. La aguja de medición del ángulo final se coloca en la posición cero antes de permitir la caída del péndulo; cuando éste ha hecho todo el recorrido posible después de golpear y romper la probeta, se aplica el freno para detener su movimiento y se procede a tomar la lectura del ángulo final y de la energía absorbida por el impacto en un disco graduado.

Ajustes por contenido de humedad

El ajuste de las propiedades mecánicas para pequeñas probetas libres de defectos se hizo de acuerdo con la norma ASTM D-2915 (1993), excepto para el caso de compresión perpendicular y Dureza Janka. para las cuales los factores de ajuste no han sido publicados y se generaron para este estudio a partir de los resultados de estos experimentos; los valores de los factores de ajuste están incluidos en la tabla 2.

Los resultados de resistencia mecánica en condición seca se ajustaron con la siguiente ecuación:

(13)

Donde:

MOR12 = propiedad ajustada a un contenido de humedad de 12%

MOR = propiedad con el contenido de humedad al momento del ensayo

M1 = contenido de humedad que se ajusta (12%)

M2 = contenido de humedad al momento del ensayo

α, β = coeficientes para las diferentes propiedades de resistencia (Tabla 2).

Tabla 2. Coeficientes de ajuste por contenido de humedad de las propiedades mecánicas para probetas pequeñas , libres de defectos.

Propiedad

Alfa

Beta

Flexión estática

1.75

0.033

Compresión paralela a la fibra

2.75

0.0833

Módulo de elasticidad

1.44

0.02

Cortante paralelo a la fibra

1.33

0.167

Compresión perpendicular
a la fibra

1.80

0.035

Dureza Janka

1.60

0.027

Secado al aire libre de la madera bajo cubierta

Esta parte del estudio se efectuó para monitorear el progreso del proceso de secado. Se armaron pilas de secado bajo cubierta para proteger a la madera de la lluvia y de los rayos directos del sol, pero se ubicaron cerca de un claro en el techo que permitió la circulación del aire. Se hizo una pila con todas las tablas elaboradas (las que no fueron destinadas a ensayos en condición verde) a partir de las trozas recolectadas y se seleccionaron dos testigos por árbol colectado, que se monitorearon rutinariamente por un período de 47 días, hasta que se alcanzó un peso constante de los testigos (septiembre a noviembre de 2008). Los testigos midieron 2.8 cm x 12.2 cm x 121.5 cm. Se midió el peso inicial y el peso actual o corriente dos veces por semana. Al final del experimento se determinó el peso anhidro de un espécimen de cada testigo y se calculó el contenido de humedad final. Con los datos de peso registrados periodicamente se estimaron los valores de contenido de humedad de cada momento del registro. Las variables ambientales (humedad relativa y temperatura) se registraron de manera continua con un termo-hidrógrafo digital. Con estos datos se determinó el contenido de humedad en equilibrio de la época en que se hizo el experimento.

Clima de los sitios de recolección

Los datos fueron obtenidos del Servicio Meteorológico Nacional (2014). En cada caso corresponden a los valores promedio de las tres estaciones meteorológicas más cercanas al sitio de recolección.

Santiago Papasquiaro (Tabla A)

Clima templado subhúmedo con lluvia en verano. Temperatura (promedios anuales) máxima 19.8 ºC; media 12.1 ºC; mínima 4.3 ºC. Precipitación media anual: 1237 mm (Fig. 4a).

Tabla A. Santiago Papasquiaro, estaciones analizadas.

Estación

Nombre

Municipio

Latitud N

Longitud O

Altitud (m snm)

10071

San Miguel de Lobos

Tepehuanes

25° 09’ 45”

105° 58’ 05”

2300

10087

Vascogil

Canelas

25° 08’ 45”

106° 21’ 45”

2377

10018

El Cantil

Santiago Papasquiaro

24° 57’ 08”

106° 16’ 00”

2235

Sitio de recolección

25° 06’ 00”

106° 09’ 18”

2605

San Dimas (Tabla B)

Clima templado subhúmedo. Temperatura (promedios anuales) máxima 20.7 ºC; media 11.1 ºC; mínima 1.5 ºC. Precipitación media anual: 1067 mm (Fig. 4b).

Tabla B. San Dimas, estaciones analizadas.

Estación

Nombre

Municipio

Latitud N

Longitud O

Altitud (m snm)

10160

Agua Blanca

San Dimas

24° 26’ 38”

105° 47’ 06”

2500

10042

Las Truchas

San Dimas

24° 10’ 28”

105° 58’ 00”

1794

10043

Las Vegas

San Dimas

24° 10’ 49”

105° 28’ 12”

1391

Sitio de recolección

24° 19’ 59”

105° 55’ 52”

2717

Durango (Tabla C)

Clima templado en la porción occidental o de la sierra. Temperatura (promedios anuales) máxima: 20.0 °C; media 11.4 °C; mínima: 2.9 °C. Precipitación media anual: 901 mm (Fig. 4c).

Tabla C. Durango, estaciones analizadas.

Estación

Nombre

Municipio

Latitud N

Longitud O

Altitud (m snm)

10040

Las Bayas

Durango

23° 30’ 16”

104° 49’ 28”

2600

10124

La Flor

Durango

23° 31’ 54”

104° 43’ 22”

2300

10073

Santa Bárbara

Durango

23° 47’ 00”

104° 54’ 00”

2316

Sito de recolección

23° 30’ 18”

104° 51’ 44”

2730

En las figuras 4d y 4e se presentan los mapas de temperatura media anual y precipitación anual de la región donde se ubican los sitios de recolección; estos mapas fueron generados con los datos de Atlas Climático de México elaborado por el Centro de Ciencias de la Atmósfera de la UNAM (http://atlasclimatico.unam.mx/atlas/kml/: Parámetros Bioclimáticos 1902-2011) y se elaboraron con el software de acceso libre gnuplot (http://www.gnuplot.info/).

Figura 4a. Distribución de la precipitación y la temperatura en la zona de Santiago Papasquiaro, Dgo.

Figura 4c. Distribución de la precipitación y la temperatura en la zona de Durango, Dgo.

Figura 4e. Precipitación media anual en la zona de recolección de los árboles.

Figura 4b. Distribución de la precipitación y la temperatura en la zona de San Dimas, Dgo.

Figura 4d. Temperatura media anual en la zona de recolección de los árboles.

Suelos

El estado de Durango presenta una gran heterogeneidad de los factores formadores del suelo, como son: litología superficial, clima, cobertura vegetal, relieve complejo, y actividades humanas. Por lo tanto, también existe una gran variación en los suelos del estado, esta variación se presenta tanto en forma horizontal como en forma vertical en los diferentes horizontes. En el estado de Durango se presentan la mayoría de las unidades y subunidades establecidas en el Sistema de Clasificación del Suelo utilizado por Inegi. Los suelos dominantes son el Litosol, Regosol y Feozem, seguidos por Xerosol, Cambisol, Rendzina, Yermosol, Castañozem, Vertisol y otras unidades en menor proporción (Gobierno del Estado de Durango, 2011).

Figura 5. Distribución geográfica de las dos especies. Quercus sideroxyla. a. México. b. Durango. Quercus rugosa. c. México. b. Durango.

a

b

c

El suelo dominante en los sitios de muestreo es como sigue (Inegi, 2014b):

Santiago Papasquiaro: Suelo Regosol.

San Dimas: Cambisol

Durango: Regosol eútrico

Resultados

Características de las especies

1. Quercus sideroxyla Humb. & Bonpl.

División: Magnoliophyta

Clase: Magnoliopsida (Dicotiledónea)

Subclase: Hamamelidaceae

Orden: Fagales

Familia: Fagaceae

Subgénero Erythrobalanus (Trelease, 1924); Cyclobalanopsis (Nixon, 1993)

Distribución geográfica en México (Fig. 5a.)

Chihuahua, Coahuila, Nuevo León, Durango, Zacatecas, San Luis Potosí, Jalisco, Aguascalientes, Guanajuato e Hidalgo

Distribución en el estado de Durango (Fig. 5b.)

Guanaceví, Tepehuanes, Topia, Canelas, Santiago Papasquiaro, Otáez, San Dimas, Canatlán, Durango, Pueblo Nuevo, Suchil y Mexquital.

Distribución altitudinal:2400 m a 2750 m snm

Nombres comunes: encino, encino colorado, encino duraznillo

Características morfológicas (Lámina 1; 20-10a)

Árbol monoico, caducifolio, de 5 m a 9 m de altura, tronco de 40 cm a 60 cm de diámetro (DAP). Corteza en placas castaño oscuro, separadas por surcos profundos. Hojas coriáceas y rígidas, oblanceoladas a ovobadas o elíptico-oblongas, de 3.5 cm a 7.5 cm de largo y de 1.5 cm a 3.5 cm de ancho, borde grueso y revoluto, con 1 a 5 dientes triangulares hacia el ápice, cada uno con una espina aristada, haz verde amarillento, glabro, excepto en la base de la nervadura central, envés tomentoso blanco amarillento, base cordada-auriculada o redondeada. Peciolo tomentoso, de 3 mm a 9 mm de largo. Fruto o bellota ovoide, bianual, de 10 mm a 13 mm de largo y 10 mm de ancho, solitario o en pares, incluido un tercio en la cúpula, sésil o con un pedúnculo de 1 mm a 2 mm de longitud.

Lámina 1. Características morfológicas. 20-10a Quercus sideroxyla. 20-22. Santiago Papasquiaro. 1-2. San Dimas. 10-10a. Durango. 10a. Acercamiento. 11-12a Quercus rugosa. 11-12a. Durango. 12a. Acercamiento.

Características anatómicas de la madera

Características macroscópicas

Santiago Papasquiaro, San Dimas, Durango (Lámina 2 y Tabla 3). La madera de los cinco árboles presenta diferencia de color entre albura y duramen, la albura es rosa y el duramen varía en los cinco individuos.

Tabla 3. Características anatómicas macroscópicas de Quercus sideroxyla

Municipio/Árbol

Color

Olor y Sabor

Brillo

Veteado

Textura

Hilo

Anillos

Santiago

Papasquiaro

Árbol 20

A. rosa

D. castaño rojizo claro

R. castaño rojizo oscuro

Sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

Santiago

Papasquiaro

Árbol 22

A. rosa

D. castaño rojizo claro

R. castaño rojizo oscuro

Sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

San Dimas

Árbol 1

A. rosa

D. castaño rojizo claro

R. castaño rojizo oscuro

Sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

San Dimas

Árbol 2

A. rosa

D. castaño rojizo claro

R. castaño rojizo oscuro

Sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

Durango

Árbol 10

A. rosa

D. castaño rojizo claro

R. castaño rojizo oscuro

Sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

A=albura, D=duramen, R=radios multiseriados

Lámina 2. Tablillas de Quercus sideroxyla. a. transversales. b. tangenciales. c. radiales. 20-22. Santiago Papasquiaro. 1-2. San Dimas. 10. Durango.

Plano transversal. En el árbol 20 de Santiago Papasquiaro, el parénquima es blanco rosado, los radios son rosa pálido y las fibras castaño rojizo. En el árbol 22 de Santiago Papasquiaro, el parénquima y los radios son rosas y las fibras castaño rojizo oscuro. En los árboles 1 y 2 de San Dimas, el parénquima es castaño muy pálido, los radios son rosa claro y las fibras, en el árbol 1, castaño grisáceo y en el árbol 2, castaño oscuro. En el árbol 10 de Durango, el parénquima y los radios son blanco rosado y las fibras son castaño claro.

Plano tangencial. El árbol 20 de Santiago Papasquiaro tiene los radios color gris rojizo oscuro. El árbol 22 del mismo municipio, el 2 de San Dimas y el 10 de Durango, los radios son castaño oscuro. El árbol 1 de San Dimas, los radios son castaño claro.

Plano radial. El árbol 20 de Santiago Papasquiaro y el árbol 10 de Durango, los radios tienen un tono castaño rojizo. El árbol 22 de Santiago tiene los radios de un tono rosado. El árbol 1 de San Dimas son castaños y el árbol 2 de San Dimas, no marca la figura características de los encinos en este corte.

La madera de los cinco individuos, no presenta olor ni sabor característicos, el brillo es mediano en los planos transversales y tangenciales y alto en los planos radiales, el veteado es pronunciado, la textura gruesa y el hilo es recto. Los anillos de crecimiento están marcados por los poros de la madera temprana y una hilera de parénquima.

Características microscópicas

Santiago Papasquiaro, San Dimas, Durango (Lámina 3 y Tabla 4). El árbol 20 de Santiago, los árboles 1 y 2 de San Dimas y el 10 de Durango, marcan porosidad anular; el árbol 22 de Santiago la presenta poco marcada, los poros son solitarios, poco numerosos, de diámetro tangencial mediano y longitud corta en la madera temprana y diámetro pequeño y longitud mediana en la tardía, todos presentan tílides, más abundantes en el árbol 20 de Santiago y 10 de Durango. En los cinco ejemplares se observan traqueidas vasicéntricas.

Lámina 3. Quercus sideroxyla. a. Cortes transversales (10x). b. Cortes tangenciales (10x). c. Cortes radiales (20x). 20-22. Santiago Papasquiaro. 1-2. San Dimas. 10. Durango.

Tabla 4. Características anatómicas mensurables de Quercus sideroxyla.

Localidad

Vasos

Radios

Fibras

Poros

Elementos

Uniseriados

Multiseriados

3

mm-2

diámetro
tangencial*

longitud*

mm-1

células

no x 5mm

altura cm

anchura*

series

longitud*

diámetro*

grosor de pared*

MT

Mt

MT

Mt

MT

Mt

Pocos

pocos

mediano

pequeño

corta

mediana

numerosos

bajos

pocos

Muy altos

muy anchos

mediana

fino

gruesa

Santiago

Papasquiaro

Árbol 20

2

4

150

40

170

400

7

8

1

0.4

280

10

1100

8

6

5

7

270

130

370

600

12

31

2

3.0

440

34

1880

14

10

3

5

200

90

301

482

9

15

2

2.5

360

24

1500

12

8

pocos

pocos

mediano

mediano

corta

mediana

numerosos

bajos

pocos

Muy altos

ext. anchos

largas

fino

muy gruesa

Santiago

Papasquiaro

Árbol-22

3

5

110

70

120

350

8

15

1

0.4

310

16

1500

6

6

5

7

220

155

320

500

15

36

2

2.5

900

47

2260

11

10

4

5

160

110

224

500

10

20

2

2.0

600

35

1900

8

10

pocos

pocos

mediano

mediano

corta

mediana

numerosos

bajos

pocos

Muy altos

muy anchos

mediana

fino

gruesa

San Dimas

Árbol 1

2

3

130

50

70

150

8

5

2

0.7

180

11

1240

8

6

5

6

250

140

350

570

13

27

4

3.5

420

25

2200

14

8

3

4

181

100

262

411

10

16

3

2.0

300

18

1600

12

8

pocos

pocos

mediano

mediano

corta

mediana

numerosos

bajos

pocos

Muy altos

muy anchos

mediana

fino

gruesa

San Dimas

Árbol 2

2

3

90

60

130

300

7

9

2

0.4

240

16

1040

6

4

5

6

250

160

480

650

12

32

4

4.0

430

25

1840

12

8

3

4

190

121

237

390

9

20

3

3.5

320

19

1300

10

6

pocos

pocos

mediano

pequeño

corta

mediana

numerosos

bajos

pocos

Muy altos

muy anchos

largas

fino

gruesa

Durango

Árbol 10

2

3

120

30

150

390

7

13

2

0.3

220

15

1600

10

6

4

5

240

160

370

600

13

34

3

4.0

420

25

2660

16

10

3

4

200

100

270

483

10

16

3

3.5

300

18

1800

12

8

MT= madera temprana, Mt= madera tardía, ext= extremadamente *= micrómetros

Todos los árboles, presentan parénquima difuso agregado, los radios son uniseriados y multiseriados, homogéneos, formados por células procumbentes. Los uniseriados son numerosos y bajos, los multiseriados son poco numerosos, muy altos y muy anchos y extremadamente anchos en el árbol 22 de Santiago. En ambos radios y en los cinco individuos estudiados hay presencia de taninos, abundantes en los árboles 1 y 2 de San Dimas. El árbol 22 de Santiago, presenta cristales prismáticos en algunas células de los radios.

Las fibras son de tipo libriforme y fibrotraqueidas, las libriformes más abundantes. En el árbol 20 de Santiago y en los árboles 1 y 2 de San Dimas son de longitud mediana; en el árbol 22 de Santiago y 10 de Durango son largas, en todos son de diámetro fino, en el árbol 20 de Santiago, 1 y 2 de San Dimas y 10 de Durango, son de pared gruesa y en el árbol 22 de Santiago, son de pared muy gruesa.

Los anillos de crecimiento están marcados por los poros de la madera temprana y de dos a cuatro hileras de parénquima y de dos a cuatro hileras de fibras, en la madera tardía.

Propiedades físicas

En la tabla 5 se presentan los resultados de densidad, contracciones radial, tangencial y volumétrica, así como el coeficiente de anisotropía que Q. sideroxyla.

Tabla 5. Propiedades físicas de Quercus sideroxyla.

Árbol

Localidad

Densidad

CR %

CT%

CV (%)

CT/CR

Coeficiente de anisotropía

20

Santiago

Papasquiaro

pesada

0.621

muy alta

6.26

muy alta

14.08

muy alta

20.70

muy alto

2.48

22

pesada

0.630

muy alta

6.36

muy alta

9.95

alta

16.31

bajo

1.56

1

San Dimas

pesada

0.644

mediana

3.99

muy alta

10.67

mediana

14.66

muy alto

2.68

2

pesada

0.638

alta

4.43

muy alta

11.17

alta

15.60

muy alto

2.52

10

Durango

pesada

0.663

muy alta

5.95

muy alta

14.75

muy alta

20.70

muy alto

2.48

CR = contracción radial. CT = contracción tangencial. CV = contracción volumétrica

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas obtenidas para Q. sideroxyla en condiciones verde y seca se presentan en las tablas 6 y 7 respectivamente.

Tabla 6. Propiedades mecánicas en verde de Quercus sideroxyla.

Árbol

Municipio

Densidad

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión Perpendicular

Dureza

Cortante

Tenacidad

PA/VV

Módulo de Ruptura

Módulo de Elasticidad

Esfuerzo Máximo

Módulo de Elasticidad

Esfuerzo a 2,5 mm

Esfuerzo Limite proporcional

Módulo de Elasticidad

Promedio lateral

Promedio Extremos

EMAX

Péndulo Charpy

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(N)

(N)

(MPa)

μJ/mm3

20

Santiago Papasquiaro

0.626

52.8

7742

20.6

9544

10.10

6.65

319

5543

5551

7.13

608

22

Santiago Papasquiaro

0.643

63.6

10057

25.0

11706

7.80

5.23

278

4907

4967

8.40

420

Promedio

0.634

58.2

8900

22.8

10625

8.95

5.94

298

5225

5259

7.77

514

1

San Dimas

0.625

71.5

11352

22.8

13676

13.46

7.23

461

5550

5485

9.03

454

2

San Dimas

0.630

74.8

13053

25.1

15830

14.92

7.72

574

6589

5846

9.49

572

Promedio

0.628

73.2

12203

23.9

14753

14.19

7.48

518

6069

5665

9.26

513

10

Durango

0.675

63.2

11405

22.8

12756

7.38

4.80

275

5349

5727

9.07

376

Promedio General

0.640

65.2

10722

23.2

12702

10.73

6.33

382

5588

5515

8.62

486

Tabla 7. Propiedades mecánicas en condición seca (12%) de Quercus sideroxyla.

Árbol

Municipio

Densidad

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión Perpendicular

Dureza

Cortante

Tenacidad

PA/VV

Módulo de Ruptura

Módulo de Elasticidad

Esfuerzo Máximo

Módulo de Elasticidad

Esfuerzo
a 2,5 mm

Esfuerzo Limite proporcional

Módulo de Elasticidad

Promedio lateral

Promedio Extremos

EMAX

Péndulo Charpy

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(N)

(N)

(MPa)

μJ/mm3

20

Santiago Papasquiaro

0.616

89.0

11501

45.8

12242

12.70

7.03

428

5904

6343

12.4

546

22

Santiago Papasquiaro

0.617

98.9

11876

46.3

13236

11.19

7.00

455

6903

7153

11.7

441

Promedio

0.616

93.9

11688

46.1

12739

11.94

7.01

441

6404

6748

12.1

494

1

San Dimas

0.663

138.9

15213

48.7

10326

11.92

5.94

264

8725

8579

15.6

448

2

San Dimas

0.646

131.5

15453

68.7

22333

16.72

10.17

578

8186

8648

15.1

552

Promedio

0.655

135.2

15333

58.7

16330

14.32

8.05

421

8456

8613

15.3

500

10

Durango

0.651

112.2

15442

47.4

17599

14.63

13.87

495

8862

9540

15.1

497

Promedio General

0.639

114.1

13897

51.4

15147

13.43

8.80

444

7716

8053

14.0

497

Para la propiedad de impacto, en ambas condiciones, no se cuenta una tabla de clasificación adecuada para la prueba usada (Charpy).

Resultados del secado al aire libre (Tabla 8)

La prueba de tiempo de secado al aire libre se prolongó por 47 días, hasta que los testigos llegaron a un peso constante. El encino rojo se seca a una tasa del doble que el encino blanco. El Q. sideroxyla alcanzó un menor valor de contenido de humedad (CH) al finalizar el proceso de secado que el Q. rugosa, alcanzando el valor del contenido de humedad en equilibrio (CHE) en 47 días. El encino blanco no alcanzó el mismo valor de CH en ese tiempo, pero el experimento se interrumpió en esa fecha pues ya se habían conseguido los objetivos del estudio que eran comparar el tiempo de secado entre las dos especies. Para evaluar el tiempo de secado, se puede emplear la razón de las tasas de secado de las dos especies. El valor de este cociente es muy cercano a 2.0. En la figura 6 se puede ver la progresión del contenido de humedad promedio de los testigos de las dos especies contrastado con el contenido de humedad en equilibrio durante el tiempo de la prueba.

Tabla 8. Resultados de la prueba de secado al aire libre.

Q. sideroxyla

Q. rugosa

Tiempo de secado (días)

47

47

CH inicial (%)

56.47

35.76

CH final (%)

10.35

12.40

Dif. CH (inicial – final)

46.12

23.36

Tasa/día

0.98

0.50

Razón Q. sideroxyla/ Q. rugosa

1.97

Figura 6. Tiempo de secado al aire libre de las dos especies.

2. Quercus rugosa Née

División: Magnoliophyta

Clase: Magnoliopsida (Dicotiledónea)

Subclase: Hamamelidaceae

Orden: Fagales

Familia: Fagaceae

Subgénero Leucobalanus (Trelease, 1924), Euquercus (Nixon, 1993)

Distribución geográfica en México (Figura 5c)

Baja California Sur, Sonora, Chihuahua, Coahuila, Nuevo León, Durango, Zacatecas, San Luis Potosí, Nayarit, Jalisco, Colima, Michoacán, Guerrero, Oaxaca, Chiapas, Aguascalientes, Guanajuato, Querétaro, Hidalgo, México, Distrito Federal, Morelos, Tlaxcala, Puebla y Veracruz.

Distribución en el estado de Durango (Fig. 5a)

Guanaceví, Tepehuanes, Topia, Canelas, Santiago Papasquiaro, Otáez, San Dimas, Canatlán, Durango, Pueblo Nuevo, Suchil y Mexquital.

Distribución altitudinal: 1800 a los 3000 m snm.

Nombres comunes: Encino, encino cuero, encino blanco liso, encino de asta, encino avellano, encino tocuz, encino quebracho, encino hojarasca, encino negro y roble.

Características morfológicas (Lámina 1. 11-12a)

Árbol monoico, perennifolio, de 10 m a 20 m de alto, tronco de 30 cm a 60 cm de diámetro (DAP). Corteza en placas castaño grisáceo, separadas por surcos profundos. Hojas coriáceas y rígidas, acucharadas, elíptico-obovadas o elíptico-oblongas, de 8 cm a 10 cm de largo y de 3 cm a 8 cm de ancho, borde revoluto, crenado-aserrado con 5 a 10 dientes triangulares de cada lado, principalmente de la mitad hacia el ápice, cada uno con un mucrón duro, haz verde claro, glabro, envés tomentoso amarillento, pluricelular y glandular, base cordada. Peciolo tomentoso de 5 mm a 10 mm de largo. Fruto o bellota anual, ovoide, angosta y puntiaguda, de 10 mm a 13 mm de largo y 8 mm de ancho, solitario o en pares o hasta tres, incluido un tercio en la cúpula, con un pedúnculo de 3 cm a 6 cm de longitud.

Características anatómicas de la madera

Características macroscópicas (Lámina 4; Tabla 9)

Municipio Durango

La madera de los dos árboles presenta diferencia de color entre albura y duramen. En el árbol 11, la albura es castaño pálido y en el árbol 12, es blanca. El duramen varía en los diferentes planos y entre los dos individuos.

Plano transversal: En el árbol 11, el parénquima y los radios son blancos y las fibras castaño grisáceo muy oscuro. En el árbol 12, el parénquima es castaño pálido, los radios son blancos y las fibras castaño oscuro.

Tabla 9. Características anatómicas macroscópicas de Quercus rugosa.

Municipio

Color

Olor y Sabor

Brillo

Veteado

Textura

Hilo

Anillos

Durango

Árbol 11

A. castaño muy pálido

D. castaño

R. castaño oscuro

sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

Durango

Árbol 12

A. castaño pálido

D. castaño

R. castaño oscuro

sin

mediano

pronunciado

gruesa

recto

marcados

A=albura. D=duramen. R=radios multiseriados.

Plano tangencial: En el árbol 11, los radios son negros, en el 12 son castaños.

Plano radial: En el árbol 11, los radios con castaños y están poco marcados, no dan la figura típica de los encinos en ese plano. En el árbol 12, los radios son castaño grisáceo, a pesar de ser extremadamente anchos, no dan un veteado atractivo en este plano.

La madera de los dos individuos, no presenta olor ni sabor característicos, el brillo es bajo en los tres planos, el veteado es pronunciado, la textura es gruesa y el hilo es recto. Los anillos de crecimiento están marcados por los poros de la madera temprana y una hilera de parénquima.

Características microscópicas (Lámina 4; Tabla 10)

La madera presenta porosidad con tendencia a anular, más marcada en el árbol 11, los poros son solitarios, poco numerosos, de diámetro tangencial mediano. Los elementos de vaso son de longitud mediana, los dos individuos presentan abundantes tílides. En ambos, se observan traqueidas vasicéntricas. El parénquima axial es difuso en agregados, en el árbol 11, algunas células presenta cristales prismáticos.

Tabla 10. Características anatómicas mensurables de Quercus rugosa

Municipio

Vasos

Radios

Fibras

Poros

Elementos

Uniseriados

Multiseriados

mm-2

diámetro*

longitud*

mm-1

células

no x
5 mm

altura
cm

anchura*

series

longitud*

diámetro*

grosor de pared*

pocos

mediano

cortos

numerosos

bajos

pocos

bajos

muy anchos

largas

fino

gruesa

Durango

Árbol 11

4

10

8

60

310

230

320

650

520

7

11

9

5

14

9

2

2

2

0.5

2.0

1.0

200

560

410

18

54

39

1235

2140

1710

5

7

6

10

13

9

pocos

mediano

cortos

numerosos

bajos

pocos

muy altos

muy anchos

largas

fino

muy gruesa

Durango

Árbol 12

4

10

7

70

240

210

300

500

350

4

12

10

6

20

13

1

2

1

1.5

4.5

4.0

600

970

810

35

59

47

1020

2110

1650

3

5

4

8

10

9

*=micrómetros (µm)

Lámina 4. Quercus rugosa. a. Tablillas transversales. b. Tablillas tangenciales. c. Tablillas radiales. d. Cortes transversales (10x). e. Cortes tangenciales (10x). f. Cortes radiales (20x). 11-12. Durango.

Los radios son uniseriados y multiseriados, homogéneos, formados por células procumbentes, los uniseriados son numerosos y bajos, los multiseriados son poco numerosos, bajos y muy anchos en el árbol 11 y muy altos y extremadamente anchos en el árbol 12. En el árbol 11 se presentan abundantes grasas, en ambos individuos algunas células presentan cristales prismáticos. Algunos radios multiseriados del árbol 11 están “abiertos” longitudinalmente en la parte media.

Las fibras son de tipo libriforme y fibrotraqueidas, las libriformes son más abundantes, son largas, de diámetro fino y de paredes muy gruesas. El árbol 11 tiene fibras gelatinosas.

En el árbol 11 todos los elementos constitutivos tienen abundantes taninos, en el árbol 12, únicamente en ambos radios. Los anillos de crecimiento están marcados por los poros de la madera temprana y por una hilera de parénquima y por tres o cuatro hileras de fibras en la madera tardía.

Propiedades físicas (Tabla 11)

En la tabla 11 se presentan los resultados de densidad, contracciones radial, tangencial y volumétrica, así como el coeficiente de anisotropía que Q. rugosa. Cabe destacar que, por el alto coeficiente de anisotropía, se trata de una madera poco estable dimensionalmente.

Tabla 11. Propiedades físicas de Quercus rugosa.

Árbol

Especie

Densidad

CR%

CT%

CV%

CT/CR

11

12

Quercus rugosa

Quercus rugosa

Muy pesada

0.819

Muy pesada

0.730

Muy alta

5.01

alta

4.41

Muy alta

14.07

Muy alta

12.05

Muy alta

19.08

Alta

16.46

Muy alto

2.81

Muy alto

2.73

Propiedades mecánicas

Las propiedades mecánicas obtenidas para Q. rugosa en condiciones verde y seca se presentan en las tablas 12 y 13, respectivamente. (no existe criterio de clasificación para las pruebas de impacto tipo Charpy).

Tabla 12. Propiedades mecánicas en condición verde de Quercus rugosa.

Árbol

Municipio

Densidad

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión Perpendicular

Dureza

Cortante

Tenacidad

MOR

MOE

EMAX

Módulo

de
Elasticidad

Esfuerzo
a
2,5 mm

Esfuerzo Límite
proporcional

Módulo

de
Elasticidad

Promedio lateral

Promedio Extremos

EMAX

Péndulo Charpy

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(N)

(N)

(MPa)

μJ/mm3

11

Durango

0.821

63.3

8593

27.4

10639

13.07

7.02

468

6943

6497

9.45

670

12

Durango

0.749

61.9

9058

24.3

10796

9.06

5.94

298

6346

6008

5.46

543

Promedio

0.785

62.6

8825

25.9

10717

11.06

6.48

383

6644

6252

7.46

606

Tabla 13. Propiedades mecánicas en condición seca (12%) de Quercus rugosa.

Árbol

Municipio

Densidad

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión Perpendicular

Dureza

Cortante

Tenacidad

MOR

MOE

EMAX

Modulo

de

Elasticidad

Esfuerzo a

2,5 mm

Esfuerzo Limite

proporcional

Módulo

de

Elasticidad

Promedio lateral

Promedio Extremos

EMAX

Péndulo Charpy

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(MPa)

(N)

(N)

(MPa)

μJ/mm3

11

Durango

0.816

103.3

11683

37.4

12801

25.42

19.05

922

13995

9821

11.5

690

12

Durango

0.711

99.9

11292

44.4

14556

29.92

16.10

964

10601

10579

8.5

458

Promedio

0.763

101.6

11488

40.9

13678

27.67

17.57

943

12298

10200

10.0

574

En la tabla 14 se presenta un resumen de la clasificación de los resultados obtenidos para las propiedades físicas y las mecánicas de las dos especies estudiadas.

Tabla 14. Clasificación de las propiedades físicas y mecánicas.

Propiedades físicas.

Municipio

densidad

básica

contracciones

coeficiente

anisotropía

estabilidad

dimensional

Quercus sideroxyla

radial

tangencial

volumétrica

Santiago Papasquiaro

pesada

muy alta

muy alta

alta

alto

estable

San Dimas

pesada

alta

muy alta

alta

muy alto

poco estable

Durango

pesada

muy alta

muy alta

muy alta

muy alto

poco estable

Quercus rugosa

Durango

muy pesada

alta

muy alta

alta

muy alto

poco estable

Propiedades mecánicas en condición verde.

municipio

dureza

flexión

compresión

paralela

compresión

perpendicular

cortante paralelo

Quercus sideroxyla

Santiago Papsquiaro

dura

rígida

moderadamente resistente

resistente

resistente

San Dimas

dura

rígida

moderadamente resistente

resistente

resistente

Durango

dura

rígida

poco resistente

resistente

resistente

Quercus rugosa

Durango

muy dura

moderadamente rígida

moderadamente resistente

muy resistente

moderadamente resistente

Propiedades mecánicas en condición seca.

Municipio

dureza

flexión

compresión paralela

compresión perpendicular

cortante paralelo

Quercus sideroxyla

Santiago

Papasquiaro

dura

moderadamente rígida

moderadamente resistente

resistente

muy resistente

San Dimas

dura

muy rígida

moderadamente resistente

resistente

muy resistente

Durango

dura

muy rígida

resistente

muy resistente

muy resistente

Quercus rugosa

Durango

muy dura

rígida

moderada resistente

muy resistente

moderada resistente

Discusión

La madera de los siete individuos estudiados tiene semejanzas y diferencias, entre subgéneros y entre los individuos del mismo subgénero. La madera de los siete árboles muestra características comunes en diferencia de color entre albura y duramen, olor y sabor no característicos, veteado pronunciado, textura gruesa, hilo recto, anillos de crecimiento marcados, poros solitarios, poco numerosos, platina de perforación simple, punteaduras intervasculares areoladas alternas, traqueidas vasicéntricas, parénquima difuso en agregados, radios uniseriados numerosos y bajos, radios multiseriados poco numerosos, fibras libriformes de diámetro fino y contracción tangencial muy alta.

Las diferencias entre subgéneros son en el color, en Q. sideroxyla los tonos van de rosa a rojo y en Q. rugosa va de blanco a castaño. En cuanto al tipo de porosidad, en el encino rojo es anular y en el blanco, con tendencia a anular, lo que repercute en el diámetro y longitud de los vasos de un grupo a otro. La anchura y el número de series de los radios multiseriados son menores en el primero que en el segundo; dadas estas características, el veteado y la textura, son más marcados en el encino blanco, hay menor presencia de tílides en el encino rojo que en el blanco, mayor presencia de taninos en el rojo que en el blanco.

La madera es pesada en el encino rojo y muy pesada en el blanco, el tiempo de secado es menor en el rojo que en el blanco. La madera de Q. rugosa (encino blanco) es mucho más pesada que la madera de Q. sideroxyla (encino rojo) porque, al tener menos espacios vacíos en su interior, su contenido de humedad inicial es menor al que alcanza la madera de esta última. Esa misma condición de tener menores espacios vacíos en su interior y, al mismo tiempo, tener mayor cantidad de tílides que ocluyen los vasos, hacen mas lento el proceso de secado para el encino blanco.

Las diferencias entre individuos del mismo subgénero se dan en los resultados. En Q. sideroxyla, es notable la porosidad anular poco marcada en el árbol 22, en el que los radios multiseriados, son extremadamente anchos, de 600 µm y 35 series; y en los otros cuatro son muy anchos de 18 a 24 series, los más delgados los presenta el árbol 1 de San Dimas, con 300 µm y 18 series. El árbol 10 tiene las fibras más largas y las paredes más gruesas que los otros cuatro, fue el ejemplar con mayor dificultad en la obtención de cortes. La madera del árbol 22 requirió el mayor tiempo de ablandamiento de los cubos, mostró presencia de tílides en la mayoría de los vasos, comparado con los otros cuatro y tiene la contracción radial más alta (6.36%) y la contracción tangencial más baja, de los otros cuatro, por lo que es estable dimensionalmente.

En los dos ejemplares de Quercus rugosa, la porosidad con tendencia a anular, es más marcada en el árbol 11 que en el 12, en este último, los radios multiseriados son extremadamente anchos de 810µm y 69 series y en el árbol 11, los radios mutiseridos son muy anchos de 410 µm y de 39 series.

La presencia de radios multiseriados, hace que la madera de encino sea poco preferida por la influencia que tienen en las contracciones, en el aserrío y en el secado (Panshin, 1970; Jane, 1970; De la Paz-Pérez et al., 2005; Zavala, 2005). Sin embargo, como se demuestra en la presente investigación y en toda la literatura generada para este género, no todas las especies tienen los mismos valores, ni el mismo comportamiento físico, lo que es importante que se considere es los procesos de transformación. Por otro lado, los radios son elementos fácilmente visibles a simple vista y estos junto con la porosidad anular, hacen que el veteado y el brillo de la madera, sean de valor estético en cualquier plano en que sea expuesta, que el color de la madera presente tonalidades distintas entre los individuos, haciéndola atractiva en cualquiera de sus tres planos, pudiendo satisfacer diferentes gustos. En el plano radial dan brillo plateado, muy apreciado en ebanistería y chapa (Jane, 1970).

El tamaño, arreglo y abundancia de los elementos constitutivos (vasos, fibras, radios, parénquima) unido al ancho de los anillos y a la proporción de madera temprana y tardía, tienen influencia en las propiedades físicas, mecánicas y de secado de la madera (Kolmann y Coté, Jr., 1968; Panshin, 1970; Dinwoodie, 1985).

La madera es higroscópica por que tiene la propiedad de absorber y desprender humedad dependiendo del ambiente en que se encuentre. La humedad está ligada a los cambios dimensionales de la madera. Cuando esta pierde agua, se contrae y, cuando gana, se expande. Las contracciones tangenciales son 1.5 a 2.5 mayores que las radiales (Echenique-Manrique y Robles-Fernández-V., 1993). Aunque la magnitud de la contracción es muy variable según el tipo de madera, se puede considerar un valor promedio de 14% para la volumétrica; 7% para la tangencial y de 4% para la radial. La madera de angiospermas templadas, tanto en México como de Estados Unidos, sufre contracciones mayores que la de angiospermas tropicales y que la de coníferas de ambos países (Bárcenas y Dávalos, 1999).

La madera es un material higroscópico y la cantidad de humedad absorbida depende principalmente de la humedad relativa y la temperatura del ambiente. Muchas propiedades mecánicas de la madera aumentan significativamente si el contenido de humedad del material disminuye por debajo del punto de saturación de la fibra (aproximadamente 30%), por lo que es conveniente expresar los esfuerzos respecto a un contenido de humedad determinado (por ejemplo, 12% o 18%) para madera seca.

Las características físicas de ambas especies clasifican a la madera como de altas a muy altas; la densidad de Q. sideroxyla es alta (pesada) y la de Q. rugosa es muy alta (muy pesada). Las contracciones tangenciales de las dos especies son muy altas, lo mismo que el coeficiente de anisotropía; esto significa que es madera poco estable dimensionalmente. Los valores de las otras contracciones van de altos a muy altos para ambas especies. Las propiedades mecánicas en verde clasifican a la madera como muy dura, rígida, resistente a la compresión perpendicular y cortante y de poco resistente a moderadamente resistente en compresión paralela a la fibra; mientras que las propiedades mecánicas en condición seca son duras, muy rígidas en flexión, resistentes en compresión perpendicular, muy resistente en cortante paralelo y de moderadamente resistente a resistente en compresión paralela (Tablas 6, 7, 12, 13).

Nájera et al. (2007) estudiaron Q. sideroxyla de la región de El Salto, P. N. y encontraron valores muy semejantes para todas las propiedades (Tablas 15 y 16). La madera de Q. sideroxyla de El Salto, P. N. es ligeramente más resistente en condición verde (5%) pero inferior en resistencia y rigidez en condición seca (12%). Los valores del módulo de elasticidad en ambas condiciones es bastante más alto (30% en ambas condiciones) para la madera de los municipios estudiados en este trabajo. Los valores de las propiedades físicas son muy semejantes, conforme a lo registrado por los mismos autores. Para el caso de Q. rugosa, Martínez y Ramírez (2007) encontraron valores de las propiedades mecánicas ligeramente más altos para la condición verde y sensiblemente inferiores en la condición seca a 12% de CH. Lo que esto significa es que el efecto de la humedad en las propiedades mecánicas de las especies estudiadas en este trabajo es más pronunciado que para las mismas especies de otras regiones del estado.

Tabla 15. Comparación de las propiedades mecánicas en condición verde.

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión perp.

Dureza Janka

Cortante paralelo

Resistencia al impacto

Referencia

Especie

MOR

MOE

EMAX

ELP

Extremos

Lateral

EMAX

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(N)

(N)

(Mpa)

(μJ/mm3)

Quercus sideroxyla

67

8708

28

6.47

6090

6502

9.71

606

Nájera Luna et al., 2007

Quercus rugosa

78

10535

30

9.02

7061

7208

10.10

---

Martínez y Ramírez, 2007

Quercus sideroxyla

65

10722

23

6.28

5590

5511

8.63

486

Este estudio

Quercus rugosa

63

8825

26

6.47

6649

6257

7.45

561

Este estudio

Tabla 16. Comparación de las propiedades mecánicas en condición seca (12%).

Flexión estática

Compresión paralela

Compresión perp.

Dureza Janka

Cortante paralelo

Resistencia al impacto

Referencia

Especie

MOR

MOE

EMAX

ELP

Extremos

Lateral

EMAX

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(Mpa)

(N)

(N)

(Mpa)

(μJ/mm3)

Quercus sideroxyla

88

10693

41

9.02

7747

7914

14.02

628

Nájera Luna et al., 2007

Quercus rugosa

84

9859

39

10.59

9620

9453

14.02

---

Martínez y Ramírez, 2007

Quercus sideroxyla

114

13897

51

8.83

7718

8051

14.02

476

Este estudio

Quercus rugosa

102

11487

41

17.55

12297

10199

10.00

593

Este estudio

Con respecto a las características de secado, Rodríguez (2007) estudió el Q. sideroxyla en un presecador y determinó valores de tasas de secado ligeramente superiores a las del estudio al aire libre llevado a cabo aquí. La tasa de secado diaria que encontró fue 1.72%/día. Aviña et al. (2002) estudiaron la misma especie al aire libre y encontraron una tasa de secado al aire libre de 1,24%/día, 25% mayor que la encontrada aquí.

Recomendaciones

En la madera de encino es importante considerar las diferencias anatómicas y de propiedades tecnológicas que existen entre subgéneros y entre individuos de la misma especie en los procesos de transformación ya que esta variación es la que tiene mayor influencia en su comportamiento en los tiempos y tipo de aserrío, la secuela de secado apropiada, resistencias, para darle los usos más apropiados, etc. (Zavala, 2003). La aplicación de tecnología de acuerdo con su anatomía y sus propiedades físicas y mecánicas puede hacer que la madera de encino ocupe un lugar importante en la industria, aprovechando que México tiene especies como Q. sideroxyla que presenta características excelentes para ser destinada a usos valiosos que beneficien a los propietarios del recurso y a la economía nacional.

Reconocimientos

Los autores agradecen a los Sres. Hugo y Antonio Mancinas y a los ejidatarios, dueños de los predios donde se hizo la recolección del material de estudio, por las facilidades brindadas. A la M. en C. Lourdes Aguilar por la identificación de las muestras de herbario y la determinación de las especies. Al M. en C. Abel García Arévalo por encabezar las actividades de recolección de los árboles para el estudio. A la Fís. Rosario Landgrave de la Red de Ecología Funcional del Instituto de Ecología, A.C., por los mapas de los sitios de recolección y de distribución de los encinos en Durango y en México.

Este trabajo forma parte del Proyecto de investigación Fondo Mixto CONAFOR-CONACYT 032697: “Caracterización tecnológica de las especies de pino y encino con valor comercial del estado de Durango” que fue financiado en parte por la CONAFOR-CONACYT. Este proyecto se realizó de manera conjunta con la Asociación de Industriales del Estado de Durango, A.C. (AIFDAC) y por parte de la misma fungió como responsable administrativo del proyecto el Ing. Gerardo Andrade Martínez con el apoyo de la Sra. Laura Godina.

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Manuscrito recibido el 5 de octubre de 2014.

Aceptado el 26 de octubre de 2015.

Este documento se debe citar como:

De la Paz P.O., R. Dávalos-Sotelo, R. Limón G. y P.A. Quintanar I. 2015. Características tecnológicas de la madera de dos especies de Quercus de Durango, México. Madera y Bosques 21(3):19-46.

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