DENSIDAD Y CARACTERÍSTICAS HIGROSCÓPICAS DE MADERAS MEXICANAS

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1 DENSIDAD Y CARACTERÍSTICAS HIGROSCÓPICAS DE MADERAS MEXICANAS Mariana Ramírez Pérez 1, Javier Ramón Sotomayor Castellanos 2 Eje 1. La investigación en las ciencias básicas Mesa 2: Ciencias de la Ingeniería y Tecnología Resumen Se presenta una base de datos de la densidad básica de la madera y de las características higroscópicas: punto de saturación de la fibra, higrocontracción tangencial, coeficiente de higrocontracción tangencial, higrocontracción radial, coeficiente de higrocontracción radial, relación de anisotropía, higrocontracción volumétrica, coeficiente de higrocontracción volumétrica, máximo contenido de humedad, porcentaje de pared celular y porcentaje de espacios vacíos. A partir de un análisis estadístico de los datos recolectados, se proponen los criterios de clasificación: muy bajo, bajo, medio, alto y muy alto para intervalos en función de la media aritmética y de la desviación estándar de una distribución normal. Palabras clave: densidad, higroscopicidad, maderas mexicanas. Introducciòn Las características higroscópicas de la madera están relacionadas con la capacidad de este material poroso, para adquirir o desprender agua en el intervalo que va desde el estado seco de la madera, es decir, cuando su contenido de humedad es igual a cero, hasta el estado saturado, que corresponde a la condición en la cual la pared celular está completamente impregnada con agua, pero que los lúmenes y los espacios intercelulares no la contienen, condición definida como punto de saturación de la fibra. Las características higroscópicas están relacionadas con tres de las principales propiedades básicas del material: La variabilidad de la madera, que se refiere a las diferencias encontradas en la magnitud de los parámetros físicos entre especies, árboles y localización relativa en cada individuo. La heterogeneidad, que se refleja en la diferencia en la magnitud de las características físicas en un volumen mínimo representativo de madera, dependiendo desu posición relativa en el árbol y/o en el plano leñoso, y de acuerdo a lasdiferentes escalas de 1 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo: mbc7a@yahoo.com 2 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo: madera999@yahoo.com 1

2 observación en su organización jerárquica: volumen mínimo representativo a escala macroscópica, capa de crecimiento a nivel meso, y en escala microscópica pared celular y composición química. La anisotropía, propiedad que se refiere igualmente a la diferencia en la magnitud de sus características físicas, pero esta vez dependiendo de la dirección de medida o de observación. Estas direcciones son privilegiadas en las orientaciones radial, tangencial y longitudinal con respecto al plano leñoso. Igualmente, esta propiedad se expresa en las diferentes escalas de observación de la organización jerárquica de la madera. Problemática En la literatura especializada se encuentran datos de las características higroscópicas de especies de maderas mexicanas, sin embargo, la información está dispersa y en formatos poco uniformes. Con el propósito de contribuir a corregir esta problemática, esta investigación tuvo el objetivo de elaborar una base de datos de información actualizada y homogénea, que permite comparar magnitudes propias a cada especie y clasificarlas para fines de diseño y cálculo de productos y estructuras de madera. Se presenta una base de datos de la densidad básica y de las características higroscópicas: punto de saturación de la fibra, higrocontracción tangencial, coeficiente de higrocontracción tangencial, higrocontracción radial, coeficiente de higrocontracción radial, relación de anisotropía, higrocontracción volumétrica, coeficiente de higrocontracción volumétrica, máximo contenido de humedad, porcentaje de pared celular y porcentaje de espacios vacíos. La interpretación de los resultados requiere considerar varias características de la madera y relacionarlas de acuerdo a un criterio específico de diseño y/o cálculo de productos y estructuras de madera. De esta manera, la base de datos proporciona una herramienta para consultar, de manera rápida, información actualizada y homogénea, que puede auxiliar en la toma de decisiones de un determinado proyecto donde se requiera el uso de la madera. Materiales y mètodos La densidad y las características higroscópicas se ordenaron en una base de datos, con un contenido de 250 entradas para 134 especies, clasificándolos de acuerdo a criterios originales, basados en el análisis de la distribución estadística de los valores catalogados, y de esta manera, asignando adjetivos y clases de valoración de las propiedades físicas estudiadas. Las características que se capturaron, sus símbolos y unidades, así como las referencias y los autores de quienes se adaptaron las fórmulas de cálculo se pueden encontrar en Sotomayor y Ramírez (2013). 2

3 Resultados y análisis La Tabla 1 presenta estadígrafos de las características de las especies enumeradas. Dado que varios documentos consultados no presentan datos uniformes y algunas veces se trata de cantidades estimadas por los investigadores, se procuró, en la medida de lo posible y de acuerdo a las metodologías explicadas en los documentos, colectandatos producidos en laboratorio. En la Tabla 1, el término n se refiere a la cantidad de datos experimentales encontrados en las referencias para cada especie con que fueron calculados los estadígrafos. Tabla 1. Estadísticos de las características higroscópicas. ρ0 PSF βt λt βr λr βt/βr βv λv MCH PC EV (kg/m 3 ) (%) (%) (%/%) (%) (%/%) - (%) (%/%) (%) (%) (%) x σ CV Min Max 1, n ρ0: Densidad básica; PSF: Punto de saturación de la fibra; βt: Higrocontracción tangencial; λt: Coeficiente de higrocontracción tangencial; βr: Contracción radial; λr: Coeficiente de higrocontracción radial; βt/βr: Relación de anisotropía; βv: Higrocontracción volumétrica; λv: Coeficiente de higrocontracción volumétrica; MCH: Máximo contenido de humedad; PC: Porcentaje de pared celular; EV: Porcentaje de espacios vacíos; x: media aritmética; σ: Desviación estándar; CV: Coeficiente de variación; Min: Valor mínimo; Max: Valor máximo; n: Cantidad de datos experimentales. Criterios de clasificación A partir de la distribución normal de los estadísticos de cada característica, se formaron cinco intervalos tomando como criterio la media aritmética (x ) como medida de tendencia central y la desviación estándar (σ) como medida de dispersión. Los criterios, símbolos, valorizaciones e intervalos son presentados en la Tabla 2. Los criterios de clasificación son los siguientes: El criterio muy bajo corresponde a los valores menores a la media aritmética, menos una vez la desviación estándar. A este intervalo le corresponde la valorización 1. El criterio bajo corresponde a los valores que se localizan al interior del intervalo comprendido entre la media aritmética, menos la mitad de la desviación estándar, como límite inferior y la mitad de la desviación estándar, como límite superior. Este intervalo corresponde a la valorización 2. 3

4 Tabla 2. Criterios, símbolos e intervalos. Criterio Símbolo Intervalo Muy bajo Bajo MB BA <x - σ x - σ 2 y x - σ Medio ME x - σ 2 y x + σ 2 Alto AL x + σ 2 y x + σ Muy alto MA >x + σ El criterio medio corresponde a los valores que se localizan al interior del intervalo comprendido entre la media aritmética, y más/menos la mitad de la desviación estándar. Este intervalo corresponde a la valorización 3. El criterio alto corresponde a los valores que se sitúan al interior del intervalo comprendido entre la media aritmética, más la mitad de la desviación estándar (límite inferior) y la media aritmética, más una vez la desviación estándar (límite superior). A este intervalo le corresponde la valorización 4. El criterio muy alto corresponde a los valores mayores a la media aritmética, más una vez la desviación estándar. A este intervalo le corresponde la valorización 5. Tabla 3. Valores de los intervalos de los criterios de clasificación. Intervalo Límites ρ0 PSF βt λt βr λr βt/βr βv λv MCH PC EV Muy bajo Máximo Bajo Medio Alto Inferior Superior Inferior Superior Inferior Superior Muy alto Mínimo ρ0: Densidad básica; PSF: Punto de saturación de la fibra; βt: Higrocontracción tangencial; λt: Coeficiente de higrocontracción tangencial; βr: Contracción radial; λr: Coeficiente de higrocontracción radial; βt/βr: Relación de anisotropía; βv: Higrocontracción volumétrica; λv: Coeficiente de higrocontracción volumétrica; MCH: Máximo contenido de humedad; PC: Porcentaje de pared celular; EV: Porcentaje de espacios vacíos. 4

5 La Tabla 3 presenta los valores numéricos de los intervalos correspondientes a los criterios de clasificación propuestos para cada característica estudiada. Esta tabulación está calculada empleando únicamente datos experimentales, con excepción de los parámetros máximo contenido de humedad, porcentaje de pared celular y espacios vacíos. Los intervalos con sus límites correspondientes, se proponen como criterios de clasificación de la densidad y de las características higroscópicas de maderas mexicanas. La Figura 1 ilustra los valores del punto de saturación de la fibra y su distribución entre los cinco criterios de clasificación, de una muestra de 43 especies seleccionadas de la base de datos, correspondientes a los datos encontrados en Torelli (1982). En el gráfico se muestran cuatro límites que demarcan los cinco criterios o categorías planteados. Ahí se enfatizan dos especies a manera de referencia: Swietenia macrophylla y Calophyllum brasiliense. Su posición en el gráfico clasifica sus valores de punto de saturación de la fibra en el criterio Medio PSF (%) 30 Torelli (1982) Muy alto Swietenia macrophylla: Calophyllum brasiliense: 25 Medio 20 Bajo ,000 1,200 ρ 0 (kg/m 3 ) Figura 1. Distribución de valores y criterios de clasificación para el punto de saturación de la fibra (PSF) distribuidos en relación a la densidad básica de la madera (ρ0). Es importante señalar que, no obstante una diferencia notable entre sus densidades que va de la clasificación Baja para S. macrophylla, hasta clasificación Alta para C. brasiliense, las dos especies clasifican como de punto de saturación de la fibra Medio. De aquí se deriva que el enfoque tradicional de calificar la calidad de una especie o de las características de una madera, en relación únicamente a su densidad, se advierte incompleto. 5

6 Conclusiones La densidad y las características higroscópicas de maderas mexicanas se ordenaron en una base de datos.la base de datos contiene 250 entradas para 134 especies. La densidad y las características higroscópicas de maderas mexicanas se clasificaron de acuerdo a criterios originales, basados en el análisis de la distribución estadística de los valores catalogados, y de esta manera, se asignaron adjetivos y clases de valoración de las propiedades físicas estudiadas. Para una correcta interpretación de los resultados de una clasificación empleando los criterios aquí propuestos, es necesario considerar varias características y relacionar cada una de sus magnitudes de acuerdo a un criterio específico de diseño y/o cálculo de productos y estructuras de madera. El presente trabajo proporciona al Ingeniero en Tecnología de la Madera una herramienta donde pueda consultar, de manera rápida, información actualizada y homogénea, que le auxilie en la toma de decisiones de un determinado proyecto. Agradecimientos La investigación fue patrocinada por la Coordinación de la Investigación Científica, de la Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo. Referencias Sotomayor-Castellanos, J.R.; Ramírez-Pérez, M Densidad y características higroscópicas de maderas mexicanas. Base de datos y criterios de clasificación. Investigación e Ingeniería de la Madera. 9(3):3-29. Torelli, N Estudio promocional de 43 especies forestales tropicales mexicanas. Programa de cooperación científica y técnica México-Yugoslavia. SARH. SFF. 6