Calidad estructural de la madera de pino híbrido F1 Pinus elliottii var. elliottii x Pinus caribaea var. hondurensis basada en métodos no destructivos y destructivos

Abstract

El objetivo principal de esta tesis fue evaluar las propiedades anatómicas, físicas y mecánicas de la madera de 15 familias de pino híbrido F1 INTA-PINDO de 11 años de edad, a través de diferentes métodos no destructivos y destructivos. Además, identificar las familias con características estructurales más adecuadas para usos sólidos a edades tempranas, con la finalidad de incorporarlas como criterio de selección en un programa de mejora genética. Y hallar modelos de ajustes predictivos del módulo de elasticidad estático a partir del módulo de elasticidad dinámico obtenido con tres métodos no destructivos. Los materiales estudiados fueron seleccionados en dos ensayos de progenies establecidos en el nordeste argentino, considerando 3 posiciones del ranking genético de crecimiento (superior (R1), medio (R2) e inferior (R3)). Para lograr dicho objetivo, la determinación de las características anatómicas fue realizada sobre una muestra de tarugos radiales de 5 mm de espesor obtenidos de 150 árboles a la altura de 1,30 m, abarcando el rango diamétrico y analizando las edades 4, 7, 10 y 11 años. La evaluación de las propiedades físico-mecánicas se realizó a nivel de árbol en pie, rollizos, madera aserrada de escuadrías comerciales y probetas estandarizadas. A nivel árbol las muestras estuvieron integradas por 345 ejemplares para la medición de la velocidad acústica. A nivel rollizos por 90 unidades (obtenidas inmediatamente por encima de 1,30 m) para la determinación del módulo de elasticidad por resonancia. A nivel piezas aserradas por 274 tablas para la obtención del módulo de elasticidad dinámico (3 métodos acústicos), módulo de elasticidad y de rotura a la flexión estática, y, clasificación visual. A nivel probetas por 270 rodajas obtenidas a las alturas de 0,10 m, 1,30 m y 4,45 m, en las cuáles se estudiaron las características de los anillos de crecimiento y la coloración. Luego, con esas rodajas se prepararon 1.035 probetas estandarizadas para la determinación de la densidad. La estabilidad dimensional y el contenido de humedad se determinaron con 320 y 80 probetas, respectivamente, obtenidas de las piezas ensayadas mecánicamente. Se investigó paralelamente, el efecto de los parámetros visuales sobre las propiedades mecánicas, confirmándose que la presencia de nudos, médula, infiltraciones de resinas, posición de la muestra en el rollizo y anillos de crecimiento más ancho constituyen las singularidades de mayor relevancia que influyen negativamente sobre la rigidez y resistencia de la madera estudiada. Se analizaron las diferencias en la calidad de la madera interna y externa. Asimismo, se utilizaron normas vigentes en Argentina y normas extranjeras para la clasificación visual de maderas del género Pinus. En la comparación de este taxón con otras especies de pinos cultivadas en la región del nordeste argentino se verificó que la madera de pino híbrido F1 INTA-PINDO logra un comportamiento físico mecánico similar. También se compararon las propiedades mecánicas obtenidas con diferentes métodos acústicos, constatándose la efectividad de estos dispositivos en la predicción del módulo de elasticidad estático, obteniéndose mayor precisión para las piezas externas. Las técnicas acústicas permitieron obtener resultados consistentes comparados con aquellos provenientes de la máquina universal de ensayos. Respecto de la eficiencia de la densidad y de los parámetros mecánicos para predecir la rigidez de la madera a la flexión, se encontró una mayor correlación entre módulo dinámico y estático, que entre el módulo de rotura y densidad. La normativa argentina vigente demostró ser aplicable a este taxón, aunque son necesarias determinaciones complementarias de otras propiedades. Pero los resultados sugieren que deberían hacerse ajustes para el parámetro módulo de elasticidad por cada clase resistente. A través de métodos no destructivos para evaluación de madera, se identificaron 5 familias pertenecientes a las posiciones 1 y 2 del ranking genético de crecimiento con características deseables (mayor velocidad acústica y menor AMF) para un mejor desempeño estructural, además de mayor crecimiento volumétrico. El uso del TreeSonic permitió detectar variaciones en las propiedades de madera debido al sitio y al material genético. A futuro, se espera evaluar la calidad estructural de los rollizos y tablas obtenidas en todo el perfil del fuste ejemplares de pino híbrido F1 INTA-PINDO, considerando el diámetro mínimo aprovechable para la industria del aserrado, abarcando distintos manejos silvícolas y ensayos ubicados en sitios contrastantes.

The main objective of this thesis was to evaluate the anatomical, physical and mechanical properties of the wood of 15 families of 11-year-old F1 INTA-PINDO hybrid pine, through different non-destructive and destructive methods. Additionally, to identify families with more suitable structural characteristics for solid uses at early ages, in order to incorporate them as a selection criterion in a genetic improvement program. And to find predictive adjustment models for the static modulus of elasticity based on the dynamic modulus of elasticity obtained with three non-destructive methods. The materials studied were selected in two progeny trials established in northeastern Argentina, considering three positions of the genetic growth ranking (top (R1), middle (R2) bottom (R3). The anatomical characteristics determination was carried out on a sample of 5 mm thick radial cores obtained from 150 trees at 1.30 m height, covering the diameter range and analyzing the 4, 7, 10, and 11 years old to achieve this objective. The physical-mechanical properties evaluation was carried out at the level of the standing trees, on logs, and sawn wood from commercial squares and woodstandard samples. At the tree level, the samples were made up of 345 specimens for acoustic velocity measurement. Nineteen units, obtained immediately above 1.30 m, were taken at the log level to determine the modulus of elasticity by resonance. At sawn pieces level were took 274 boards for dynamic modulus of elasticity (3 acoustic methods), modulus of elasticity, and rupture to static bending measurements, and, visual classification. At the wood standard level, the sample consisted of 270 slices obtained at 0.10, 1.30, and 4.45-meter heights, in which growth rings and coloration characteristics were studied. Then, 1035 standardized samples were prepared with these slices for density determination. Dimensional stability and moisture content were determined on 320 and 80 specimens (respectively) obtained from the mechanical pieces tested. In parallel, the effect of the visual parameters on mechanical properties was studied, confirming that the presence of knots, pith, resin infiltrations, sample position in the log, and wider growth rings constitute the singularities of great relevance that negatively influence on the stiffness and strength of the studied wood. The internal and external wood quality differences were analyzed. Pinus genus woods visual classification was accomplished using the current foreign and Argentina regulations. Comparing this taxon with other cultivated pine species in the northeastern region of Argentina, the F1 INTA-PINDO hybrid pinewood achieves a similar physical-mechanical behavior. The mechanical properties obtained with different acoustic methods were also compared, confirming the effectiveness of these devices in predicting the static modulus of elasticity, obtaining greater precision for the external pieces. The acoustic techniques allowed consistent results compared with those obtained using the universal testing machine. Regarding the efficiency of density and mechanical parameters to predict the bending stiffness of wood, was found a higher correlation between dynamic and static modulus than between modulus of rupture and density. The current Argentine regulations proved to be applicable to this taxon, although complementary determinations of other properties are necessary. But the results suggest that adjustments to the modulus of elasticity should be made for each resistant class. Through non-destructive methods for wood evaluation, 5 families belonging to positions 1 and 2 of the genetic growth ranking with more desirable characteristics (higher acoustic speed and lower AMF) for better structural performance were identified, in addition to higher volumetric growth. The TreeSonic allowed us to detect variations in wood properties due to site and genetic material. In the future, it is expected to evaluate the structural quality of the logs and boards obtained in the entire profile of the hybrid pine F1 INTA-PINDO shaft, considering the minimum usable diameter for the sawmilling industry, covering different forestry management and from trials located in contrasting sites.