TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVI (1) e 869 (2022)

https://vocero.uach.mx/index.php/tecnociencia

ISSN-e: 2683-3360

Artículo de Investigación

Higroexpansión, higrocontracción y sus relaciones de

anisotropía de ocho maderas mexicanas

Hygroexpansion, hygrocontraction and their anisotropy relationships

of eight mexican wood

*Correspondencia: madera999@yahoo.com (Javier Ramón Sotomayor Castellanos)

DOI: https://doi.org/10.54167/tecnociencia.v16i1.869

Recibido: 09 de octubre de 2021; Aceptado: 15 de diciembre de 2021

Publicado por la Universidad Autónoma de Chihuahua, a través de la Dirección de Investigación y Posgrado.

Resumen

El objetivo de la investigación fue determinar los coeficientes de higroexpansión, de higrocontracción

y sus relaciones de anisotropía de ocho maderas mexicanas: Cupressus lindleyi, Cedrela odorata,

Swietenia macrophylla, Tabebuia donnell-smithii, Fraxinus uhdei, Fagus mexicana, Dalbergia palo-escrito y

Guazuma ulmifolia. Se realizaron pruebas de higroscopía con un procedimiento de humidificación y

secado de probetas de pequeñas dimensiones. Las magnitudes de las higroexpansiones e

higrocontracciones son similares a las de otras especies mexicanas reportadas en la literatura. Los

coeficientes denotan un carácter anisotrópico en las direcciones radial y tangencial. La densidad de

la madera es un buen predictor de los coeficientes. Sin embargo, las correlaciones de las relaciones

de anisotropía son diferentes a las reportadas en trabajos anteriores.

Palabras clave: coeficiente de higroexpansión, coeficiente de higrocontracción, pruebas de

higroscopía, correlaciones estadísticas.

Abstract

The objective of the research was to determine the coefficients of hygroexpansion, hygrocontraction

and their anisotropy relationships of eight Mexican woods: Cupressus lindleyi, Cedrela odorata,

Swietenia macrophylla, Tabebuia donnell-smithii, Fraxinus uhdei, Fagus mexicana, Dalbergia palo-escrito

and Guazuma ulmifolia. Hygroscopic tests were carried out with a humidification and drying

procedure of small specimens. The magnitudes of hygroexpansions and hygrocontractions are

similar to those of other Mexican species reported in the literature. The coefficients denote

anisotropic character in the radial and tangential directions. The density of the wood is a good

predictor of the coefficients. However, the correlations of the anisotropy relations are different from

those reported in previous works.

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos1*, Isarael Macedo-Alquicira1 y Ernesto Mendoza-

González1

1 Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Ciudad Universitaria, Morelia, Michoacán, México.

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al

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Keywords: coefficient of hygroexpansion, coefficient of hygrocontraction, hygroscopic tests,

statistical correlations.

1. Introducción

El conocimiento de las características higroscópicas de la madera encuentra aplicación en el

diseño arquitectural (Abdelmohsen et al., 2019; Grönquist et al., 2019), en el cálculo ingenieril

(Borgström, 2016; Jacob et al., 2018; Haag et al., 2020), en las tecnologías de reconstitución y

modificación de la madera (Sargent, 2019; Yao et al., 2019) y en los procesos de secado y preservación

de este material (Tamarit y Fuentes, 2003; Borja et al., 2010; Dickson y Dawson, 2020). En este mismo

sentido, la comprensión de la interacción de la humedad del medio ambiente con las características

físico-mecánicas de la madera es imprescindible para apreciar su calidad como material de ingeniería

(Hering et al., 2012; Engelund et al., 2013), en el desarrollo de nuevos productos (LeDuigou et al.,

2019; El-Dabaa y Abdelmoshen, 2019) y para generar información en ciencias, tecnología e ingeniería

de la madera (Carmeliet et al., 2018; Wang et al., 2019; Sotayo et al., 2020).

Las características higroscópicas de una madera también son de utilidad para determinar su calidad,

mediante la comparación de sus magnitudes con otras especies. Una madera es de mejor calidad si

se encoje o expande en menor proporción y sobre todo si su relación de anisotropía es mínima

(Romagnoli et al., 2014; Hassankhani et al., 2015; Ištok et al., 2016; Machuca et al., 2017; Huda et al.,

2018; Abdelmohsen et al., 2019).

Los métodos más usados para determinar los parámetros higroscópicos son: 1. Inmersión en agua

(Dubey et al., 2011; Fu et al., 2019) y/o solventes químicos (O´Leary y Hodges, 2001; Pereira et al.,

2020); 2. Exposición secuencial a la humedad relativa (García et al., 2005; Derome et al., 2011;

Jankowska et al., 2017); 3. Modelado numérico (Derome et al., 2018; Grönquist et al., 2019;

Abdelmohsen et al., 2019); 4. Impregnación con aceites (Rowell, 2007; Ávila y Herrera, 2012); 5. Uso

de imágenes digitales (Badel et al., 2006; Hansmann et al., 2012; Nopens et al., 2019); y 6. Uso de

microscopía electrónica (Almeida et al., 2014; Derome et al., 2013). Otras estrategias de investigación

son, por una parte, la implementación de protocolos ad hoc (Sargent, 2019) y por otra, las

investigaciones que se adecúan a protocolos normativos como los propuestos por la Organización

Internacional de Normalización (ISO, 2016a; ISO, 2016b; ISO, 2017a; ISO, 2017b) y la Sociedad

Americana para Pruebas y Materiales (ASTM, 2013; ASTM, 2014).

La información sobre la variación dimensional de maderas endémicas de México está recopilada en

Torelli y Gorišek (1995a), Torelli y Gorišek (1995b), Tamarit y Fuentes (2003), Tamarit y López (2007),

Silva et al. (2010), Sotomayor y Ramírez (2013) y Bárcenas (2020). Algunas características de las

especies en estudio están reportadas en investigaciones anteriores. Con todo, los resultados de la

presente investigación son originales e inéditos.

El objetivo de la investigación fue determinar los coeficientes de higroexpansión, de

higrocontracción y sus relaciones de higroscopía de las especies: Cupressus lindleyi Klotzsch ex Endl.,

Cedrela odorata L., Swietenia macrophylla King, Tabebuia donnell-smithii Rose, Fraxinus uhdei (Wenz.)

Lingelsh, Fagus mexicana Martínez, Dalbergia palo-escrito Rzed. & Guridi-Gómez y Guazuma ulmifolia

Lam.

El estudio de las características higroscópicas de estas ocho maderas es de interés tecnológico y

comercial porque ellas ejemplifican un amplio intervalo de valores en su densidad, representan

diferentes estructuras anatómicas y ofrecen un amplio potencial para la elaboración de nuevos

productos con valor agregado (Tamarit y López 2007, Silva et al., 2010 y Bárcenas, 2020).

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al.

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2. Materiales y métodos

El material experimental proviene del banco de maderas que forma parte del programa de

caracterización física y mecánica de especies mexicanas del Laboratorio de Mecánica de la Madera,

de la Facultad de Ingeniería en Tecnología de la Madera, de la Universidad Michoacana de San

Nicolás de Hidalgo. La madera se almacenó en una cámara de acondicionamiento (temperatura = 20

°C ± 1 °C; humedad relativa = 65 % ± 5 %) hasta que su peso fue constante. Para cada una de las

especies, se recortaron 18 probetas con dimensiones de 0,02 m × 0,02 m × 0,06 m en las direcciones

radial (R), tangencial (T) y longitudinal (L), respectivamente.

Las pruebas de higroscopía consistieron en las siguientes etapas: 1. Medición del peso y las

dimensiones de las probetas en estado de humedad inicial de la madera; 2. Hidratación de las

probetas en un baño de agua con temperatura de 20° C durante 72 horas; 3. Medición del peso y las

dimensiones de las probetas en estado saturado después del tratamiento de hidratado; 4. Secado de

las probetas en un horno con temperatura de 103 °C durante 48 horas; 5. Medición del peso y las

dimensiones de las probetas en estado anhidro después del tratamiento de secado. La Tabla 1

presenta las ecuaciones empleadas y los símbolos utilizados para calcular los parámetros estudiados.

Tabla 1. Parámetros, ecuaciones y símbolos utilizados.

Table 1. Parameters, equations and symbols used.

Ecuaciones

Ecs.

Referencias

CHini =  Pini - Panhidro

Panhidro  × 100

(1)

Chiniforush et al. (2019)

ρ0 = Panhidro

Vsat

(2)

Koman y Feher (2015)

PSF = Vsat - Vanhidro

Vsat  × 󰇧100

0,9 × ρ0󰇨

(3)

Fuentes (2000)

αi = isat - iini

isat × 100

PSF - CHini

(4)

Fuentes (2000)

βi = isat - ianhidro

ianhidro × 100

PSF

(5)

Sotomayor et al. (2020a)

αV = αR+ αT

(6)

Esta investigación

βV = βR+ βT

(7)

Esta investigación

Símbolos

Subíndices

CH = Contenido de humedad (%)

anhidro = Estado de humedad anhidro

ρ0 = Densidad básica (kg m-3)

sat = Estado de humedad saturado

P = Peso (kg)

ini = Estado de humedad inicial

V = Volumen (m3)

max = Máximo

PSF = Punto de saturación de la fibra (%)

i = Dimensiones en R y/o T

α = Coeficiente de higroexpansión (%/%)

R = Radial

β = Coeficiente de higrocontracción (%/%)

T = Tangencial

V = Volumétrico

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al

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Diseño experimental

La unidad experimental consistió en madera de ocho especies: C. lindleyi, C. odorata, S. macrophylla,

T. donnell-smithii, F. uhdei, F. mexicana, D. palo-escrito y G. ulmifolia. Las variables de respuesta fueron:

los coeficientes de higroexpansión y de higrocontracción radial y tangencial. Se calcularon las

relaciones de anisotropía entre las direcciones tangencial y radial de los coeficientes de

higroexpansión e higrocontracción. Para cada muestra y para las relaciones de anisotropía se

determinaron su media (μ), su desviación estándar (σ) y su coeficiente de variación (CV = σ /μ).

Se evaluaron correlaciones lineales (y = ax ± b) y potencia (y = axb) y se determinaron los coeficientes

de determinación (R2) de las variables de respuesta en función de la densidad básica. Las

ponderaciones para calificar la intensidad de las correlaciones fueron los valores del coeficiente de

determinación propuestos por Tippner et al. (2016): correlación muy alta: 1 ≥ R2 ≥ 0,9; correlación

alta: 0,9 > R2 ≥ 0,7; correlación media: 0,7 > R2 ≥ 0,4; correlación baja: 0,4 > R2 ≥ 0,2; y correlación nula:

R2< 0,2. Por último, los resultados de esta investigación se compararon con datos de la bibliografía

adaptados de Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b).

3. Resultados y discusión

Contenido de humedad inicial

Para las ocho maderas, los valores promedio del contenido de humedad inicial fluctuaron entre

un mínimo de 8,1 % (D. palo-escrito) y un máximo de 9,7 % (F. mexicana) y su variación entre especies

refleja un coeficiente de variación del 6 % (Tabla 2). Al interior de cada especie, el contenido de

humedad varió desde 6 % (F. mexicana) hasta 17 % (T. donnell-smithii) (Tabla 2). El contenido de

humedad inicial es calculado con la Ec. (1) a partir de mediciones directas del peso inicial y el peso

en estado anhidro.

Densidad básica

Las magnitudes promedio de la densidad básica de la madera para cada una de las especies

variaron en el intervalo que va desde 388 kg m-3 (C. lindleyi) hasta 573 kg m-3 (G. ulmifolia) (Tabla 2)

y muestran un coeficiente de variación entre especies de 12 % (Tabla 2). En comparación con los

datos reportados por Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b) con un rango que va desde un mínimo de

317 kg m-3 (S. parahibum) hasta un máximo de 1060 kg m-3 (Q. skinneri) (Anexo), la amplitud del

intervalo de valores de la densidad básica de la presente investigación es menor. Sin embargo, el

coeficiente de variación de 22 % es solamente 4 % menor al calculado para los datos bibliográficos

mencionados, el cual es de 26 %. La densidad básica es calculada con la Ec. (2) a partir de mediciones

directas del peso anhidro y el volumen saturado.

Los coeficientes de variación, que representan la variabilidad al interior de cada especie, van

desde un mínimo de 4 % (F. mexicana) hasta un máximo de 19 % (C. odorata) (Tabla 2). En este mismo

sentido, Sotomayor y Ramírez (2013), a partir del análisis de una base de datos de las características

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higroscópicas de 134 especies mexicanas, así como De Almeida et al. (2017) en su estudio de 15

maderas brasileñas, perciben incompleto el enfoque tradicional de calificar la calidad de una especie

o las características de una madera, únicamente en relación con su densidad básica. De aquí resulta

la utilidad incorporar sus características higroscópicas para una caracterización integral como

material de ingeniería.

Tabla 2. Densidad básica y contenido de humedad inicial.

Table 2. Basic density and initial moisture content.

Especies

ρ0

CHini

(kg m-3)

(%)

Cupressus lindleyi

388

8,7

(7)

Cedrela odorata

439

8,9

(19)

(9)

Swietenia macrophylla

460

8,7

(7)

(8)

Tabebuia donnell-smithii

522

8,4

(5)

(17)

Fraxinus uhdei

528

9,5

(6)

(14)

Fagus mexicana

515

9,7

(4)

(6)

Dalbergia palo-escrito

537

8,1

(13)

(10)

Guazuma ulmifolia

573

9,0

(7)

(11)

ρ0 = Densidad básica; CHini = Contenido de humedad inicial; μ = Media; CV = Coeficiente de

variación en porciento y entre paréntesis.

Higroexpansiones

La humedad penetra en la madera por la atracción de las moléculas de agua hacia los hidroxilos

de sus componentes químicos, principalmente, la celulosa. Como resultado, estos hidroxilos forman

una capa mono molecular de agua con fuertes enlaces de hidrógeno. La formación de esta capa hace

que se separen las cadenas de moléculas de celulosa en las regiones amorfas y entre los cristalitos de

las micro fibrillas, de modo que la madera comienza a expandirse. Bajo el efecto de las fuerzas de

atracción secundarias, más moléculas de agua entran en la madera y forman una capa poli molecular.

Adicionalmente, otras moléculas pueden entrar por condensación de capilaridad en los huecos de la

pared celular. Después de la saturación de las paredes, el agua líquida también entra en las cavidades

celulares (Sotomayor et al., 2020b). Por lo tanto, existen dos niveles de masa de agua en la madera: el

agua contenida en las paredes celulares y el agua libre que ocupa las cavidades intercelulares. La

condición en la cual las paredes están saturadas pero las cavidades están vacías se llama punto de

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saturación de la fibra (Berry y Roderick, 2005), en este estado el fenómeno de la variación

dimensional ocasionada por la fluctuación del contenido de humedad termina.

El coeficiente de higroexpansión radial (Ec. 4) varía desde un mínimo de 0,20 %/% (C. lindleyi) hasta

un máximo de 0,30 %/% (D. palo-escrito) (Tabla 3). Su variabilidad entre especies se explica por un

coeficiente de variación de 14 %. Por su parte, el coeficiente de higroexpansión tangencial (Ec. 4)

fluctúa desde un mínimo de 0,22 %/% (C. lindleyi) hasta un máximo de 0,41 %/% (F. mexicana) con un

coeficiente de variación de 21 %. Estas magnitudes se ubican al interior del intervalo reportado por

Torelli y Gorišek (1995) para 43 especies mexicanas. El coeficiente de higroexpansión volumétrica,

calculado con la Ec. (7) adiciona aritméticamente los resultados de los coeficientes radial y tangencial.

Así, el valor mínimo de 0,42 %/% corresponde a C. lindleyi y el máximo de 0,68 %/% corresponde a

D. palo-escrito. Su coeficiente de variabilidad es de 16 %, valor intermedio entre los coeficientes de

higroexpansión radial y tangencial.

Tabla 3. Higroexpansiones, higrocontracciones y relaciones de anisotropía.

Table 3. Hygroexpansions, hygrocontractions and anisotropy relationships.

Higroexpansión

Higrocontracción

Especie

αR

αT

αV

αT/αR

βR

βT

βV

βT/βR

(%/%)

Cupressus lindleyi

0,20

0,22

0,42

1,10

0,15

0,30

1,05

Cedrela odorata

0,21

0,28

0,49

1,34

0,18

0,22

0,39

1,25

Swietenia macrophylla

0,21

0,28

0,50

1,34

0,17

0,22

0,40

1,31

Tabebuia donnell-smithii

0,22

0,31

0,52

1,42

0,20

0,26

0,46

1,27

Fraxinus uhdei

0,25

0,39

0,64

1,53

0,22

0,25

0,47

1,14

Fagus mexicana

0,22

0,41

0,64

1,84

0,18

0,27

0,45

1,50

Dalbergia palo-escrito

0,30

0,38

0,68

1,28

0,16

0,30

0,46

1,85

Guazuma ulmifolia

0,23

0,39

0,61

1,71

0,20

0,31

0,50

1,54

0,23

0,33

0,56

1,44

0,18

0,25

0,43

1,36

(14)

(21)

(16)

(17)

(13)

(20)

(15)

(19)

α = Coeficiente de higroexpansión; β = Coeficiente de higrocontracción; R = Radial; T = Tangencial;

V = Volumétrico; μ = Media; CV = Coeficiente de variación en porciento y entre paréntesis.

Estos resultados son del mismo orden que los reportados en la bibliografía: Haag et al. (2020) utiliza

la técnica de inmersión en agua y reporta para madera de Cedrelinga cateniformis (ρ0 = 520 kg m-3) un

coeficiente de higroexpansión radial de 0,15 %/% y tangencial de 0,28 %/%. Utilizando la misma

técnica, Sotomayor (2017) reporta para Gyrocarpus americanus un coeficiente de higroexpansión radial

de 0,10 %/% y tangencial de 0,001 %. Por su parte, Sotomayor et al. (2020b) con un procedimiento

similar al aplicado en esta investigación, reportan coeficientes de higroexpansión radiales para

Spathodea campanulata (ρ0 = 269 kg m-3) de 0,30 %/%, para Fraxinus americana (ρ0 = 534 kg m-3) de 0,23

%/% y para Albizia plurijuga (ρ0 = 697 kg m-3) de 0,34 %/%.

Las magnitudes de las higroexpansiones en la dirección longitudinal de la madera son del orden de

0,1 % (Arzola-Villegas et al., 2019) y su determinación experimental es difícil de lograr (Derome, 2013;

Sotomayor, 2016). Usualmente no se reportan resultados de este coeficiente y se considera un factor

que no afecta de manera significativa la higroexpansión volumétrica (Liu et al., 2020). Como

resultado, el nivel de estabilidad dimensional de una especie de madera, se evalúa con las

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higroexpansiones lineales (radial y tangencial) y volumétrica (Tiryaki et al.; 2016, Fu et al., 2019).

Estos parámetros son útiles para caracterizar las propiedades físicas de una especie. Sin embargo,

para homogeneizar resultados con respecto a la variación del contenido de humedad, es conveniente

determinar los coeficientes de higroexpansión, los cuales ponderan la variación geométrica por el

incremento en el contenido de humedad (Torelli y Gorišek, 1995ª; Lesar et al., 2011).

El coeficiente de higroexpansión radial correlaciona con la densidad básica con un coeficiente de

determinación bajo (Fig. 1). Por su parte, la misma correlación calculada a partir de los datos de

Torelli y Gorišek (1995a) califica como alta. En el mismo sentido, el coeficiente de higroexpansión

tangencial indica una correlación alta y mayor que la calculada con datos de la bibliografía, la cual

califica como media (Fig. 2).

Fig. 1. Correlaciones entre higroexpansión radial y densidad básica.

Fig. 1. Correlations between radial hygroexpansion and basic density.

Fig. 2. Correlaciones entre higroexpansión tangencial y densidad básica.

Fig. 2. Correlations between tangential hygroexpansion and basic density.

Esta investigación

αR= 0,0003 ρ0+ 0,082

R² = 0,33

Bibliografía

αR= 0,0003 ρ0+ 0,035

R² = 0,72

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

200 400 600 800 1000 1200

αR(%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Esta investigación

αT= 0,001 ρ0- 0,156

R² = 0,77

Bibliografía

αT= 0,0004 ρ0+ 0,141

R² = 0,68

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

200 400 600 800 1000 1200

αT(%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al

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Estas tendencias son difíciles de comparar con las reportadas en la literatura. Para coeficientes de

higroexpansión radial, tangencial y volumétrico, Hernández (2007a) y (2007b) reporta coeficientes

de determinación de correlaciones lineales que califican de medio a alto para nueve maderas del

Perú, con densidad básica entre 462 kg m-3 y 917 kg m-3. Por su parte, Shukla y Kandem (2010)

reportan para nueve maderas de Camerún densidades básicas entre 448 kg m-3 y 690 kg m-3,

correlaciones lineales de tipo y = a + bx y sus coeficientes de determinación (R2) para las

higroexpansiones radial (αR), tangencial (αT) y volumétrica (αV) son las siguientes: αR = 0,005 ρ0 +

0,078 (R2 = 0,56), αT = 0,004 ρ0 + 1,720 (R2 = 0,44) y αV = 0,010 ρ0 + 1,800 (R2 = 0,54) de donde concluyen

que no existe correlaciones lineales fuertes entre la densidad básica de la madera y su

higroexpansión. En el mismo sentido, De Almeida et al. (2017) reportan para 15 maderas brasileñas,

con densidades básicas que van desde 650 kg m-3 hasta 1000 kg m-3, coeficientes de determinación

derivados de correlaciones potencia de la forma y = axb entre el coeficiente de higroexpansión

volumétrico y la densidad básica de R2 = 0,10.

Higrocontracciones

El coeficiente de higrocontracción radial varía entre un mínimo de 0,15 %/% (C. lindleyi) y un

máximo de 0,22 %/% (F. uhdei) con un coeficiente de variación entre especies de 13 % (Tabla 3). En el

mismo sentido, el coeficiente de higrocontracción tangencial fluctuó desde un mínimo de 0,15 %/%

(C. lindleyi) hasta un máximo de 0,31 %/% (G. ulmifolia) con un coeficiente de variación entre especies

de 20 %.

El coeficiente de higrocontracción volumétrica, calculado con la Ec. (6), adiciona aritméticamente los

resultados de los coeficientes radial y tangencial. Así, el valor mínimo de 0,30 %/% corresponde a C.

lindleyi y el máximo de 0,50 %/% corresponde a G. ulmifolia. Su coeficiente de variabilidad es de 16

%, valor intermedio entre los coeficientes de higroexpansión radial y tangencial.

En la dirección radial, el coeficiente de higrocontracción correlaciona con el coeficiente de

higroexpansión con un coeficiente de determinación alto R2 = 0,73 (βR = 1,239 αR + 0,088). Para la

dirección tangencial, esta correlación es alta R2 = 0,76 (βT = 0, 631 αT + 0,038). Como resultado, los

coeficientes volumétricos de higroexpansión e higrocontracción indican un coeficiente de

determinación medio R² = 0,70 (βV = 0,616 αV + 0,085). Estos resultados son similares a los estimados

a partir de datos de Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b) cuyas correlaciones y coeficientes de

determinación son: βR = 0,975 αR - 0,008, con R² = 0,67 (medio); βT = 1,188 αT - 0,048 con R² = 0,78 (alto);

y βV = 1,166 αV -0,086 con R² = 0,79 (alto). Para los datos calculados a partir de estos autores, la

correlación del coeficiente de higrocontracción radial en función de la densidad básica de la madera

califica como alta. En contraste, los resultados de la presente investigación indican un coeficiente de

determinación medio (Fig. 3). Para el caso del coeficiente de higrocontracción tangencial, los

coeficientes de determinación correspondientes a la presente investigación y a los datos de la

bibliografía califican como muy altos (Fig. 4).

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al.

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Fig. 3. Correlaciones entre higrocontracción radial y densidad básica.

Fig. 3. Correlations between radial hygrocontraction and basic density.

Fig. 4. Correlaciones entre higrocontracción tangencial y densidad básica.

Fig. 4. Correlations between tangential hygrocontraction and basic density.

Dado que las regresiones se derivan de mediciones en muestras comunes, realizadas en las mismas

condiciones experimentales y con el mismo aparato, el error de las mediciones, introducido en la

predicción del parámetro dependiente y la precisión del parámetro medido está incluido en el valor

del coeficiente de determinación (Hanhijärvi et al., 2005). Como corolario, los coeficientes de

determinación alcanzados muestran homogeneidad y coherencia en los resultados.

Esta investigación

βR= 0,0003 ρ0+ 0,0491

R² = 0,46

Bibliografía

βR= 0,0003 ρ0- 0,0295

R² = 0,87

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

200 400 600 800 1000 1200

βR(%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Esta investigación

βT= 0,0008 ρ0- 0,1369

R² = 0,92

Bibliografía

βT= 0,0006 ρ0+ 0,0295

R² = 0,95

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

200 400 600 800 1000 1200

βT(%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al

TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVI (1) e 869 (2022)

Los coeficientes de higroexpansión volumétricos son en promedio mayores 23 % respecto a los

coeficientes de higrocontracción volumétricos (Tabla 3). Los coeficientes de higroexpansión y de

higrocontracción en la dirección radial aumentan a medida que la densidad básica de la madera se

incrementa. Este resultado coincide con la información reportada en la bibliografía.

Relaciones de anisotropía

La relación de anisotropía de las higroexpansiones (αT/αR) varía desde un mínimo de 1,10 (C.

lindleyi) hasta un máximo de 1,84 (F. mexicana) con un coeficiente de variación de 16 % (Tabla 3).

Comparativamente, Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b) reportan relaciones de anisotropía de 1,9 y

un CV de 19 %. A partir de los resultados de estos autores y listados en el anexo, la Figura 5 presenta

la correlación entre relación de anisotropía de higroexpansión y densidad básica, la cual tiene una

pendiente ligeramente negativa. En cambio, la correlación calculada con los resultados de la presente

investigación señala una pendiente positiva. Además, el coeficiente de determinación es cinco veces

más grande respecto al calculado con datos de Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b).

La relación de anisotropía de las higrocontracciones (βT/βR) varían desde un mínimo de 1,05 (C.

lindleyi) hasta un máximo de 1,85 (D. palo-escrito) con un coeficiente de variación de 19 % (Tabla 3).

De acuerdo a la clasificación propuesta por Sotomayor y Ramírez (2013) las relaciones de anisotropía

para las higrocontracciones son: C. lindleyi, C. odorata, S. macrophylla, T. donnell-smithii y F. uhdei muy

baja; F. mexicana y G. ulmifolia baja; y D. palo-escrito media. De manera similar a la anisotropía de las

contracciones, a partir de los resultados de Torelli y Gorišek (1995a) y (1995b) y listados en el anexo,

la Figura 6 presenta la correlación entre relación de anisotropía de higrocontración y densidad básica,

la cual tiene una pendiente ligeramente negativa. En cambio, la correlación calculada con los

resultados de la presente investigación indica una pendiente positiva. En este caso, el coeficiente de

determinación es cuatro veces más grande respecto al calculado con datos de Torelli y Gorišek

(1995a) y (1995b).

Fig. 5. Correlaciones entre relación de anisotropía de higroexpansión y densidad básica.

Fig. 5. Correlations between hygroexpansion anisotropy relationship and basic density.

Esta investigación

αT/αR= 0,0043 ρ0- 0,575

R² = 0,51

Bibliografía

αT/αR= -0,0006 ρ0+ 2.264

R² = 0,10

200 400 600 800 1000 1200

αT/αR(%/%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al.

TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVI (1) e 869 (2022)

Fig. 6. Correlaciones entre relación de anisotropía de higrocontracción y densidad básica.

Fig. 6. Correlations between hygrocontraction anisotropy relationship and basic density.

4. Conclusiones

Se determinaron la densidad y las características higroscópicas de ocho maderas mexicanas: C.

lindleyi, C. odorata, S. macrophylla, T. donnell-smithii, F. uhdei, F. mexicana, D. palo-escrito y G. ulmifolia.

La densidad de la madera de las ocho maderas estudiadas en la presente investigación, como

predictor del carácter anisotrópico de los coeficientes de higrocontracción e higroexpansión,

evidencian una correlación media con pendiente positiva.

La magnitud de las características higroscópicas de las especies estudiadas es semejante a las de otras

maderas mexicanas reportadas en investigaciones previas. Las magnitudes de las higrocontracciones

e higroexpansiones son mayores en la dirección tangencial en comparación con la dirección radial.

Lo que implica que el diseño de estructuras y productos de madera debe considerar la diferente

modificación en las dimensiones de una pieza de madera cuando está sometida a cambios en su

contenido de humedad.

Para fines de cálculo y diseño ingenieril, es recomendable considerar la influencia de la variación de

los valores de las características físicas entre especies de madera, el efecto de las dimensiones y de la

calidad entre las probetas de pequeñas dimensiones libres de defectos de crecimiento, así como la

posible diferencia de los valores correspondientes a elementos estructurales, tales como vigas y

columnas con calidad y las dimensiones empleadas en ingeniería de la madera.

Conflicto de interés

Los autores declaran que no existe conflicto de interés en la publicación de estos resultados.

Esta investigación

βT/βR= 0,0026 ρ0+ 0,055

R² = 0,40

Bibliografía

βT/βR= -0,0008 ρ0+ 2,667

R² = 0,10

200 400 600 800 1000 1200

βT/βR(%/%)

ρ0(kg m-3)

Esta investigación

Bibliografía

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al

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fiber composites. Materials Research Express, 6(11), 115328. https://doi.org/10.1088/2053-

1591/ab4a63

Anexo. Densidad básica, coeficiente de higroexpansión, coeficiente de higrocontracción y sus

relaciones de anisotropía de 43 especies mexicanas adaptados de Torelli y Gorišek (1995a y 1995b).

Higroexpansión

Higrocontracción

ρ0

αR

αT

αT/αR

βR

βT

βT/βR

Especies

(kg m-3)

(%/%)

Alchornea latifolia

402

0,13

0,32

2,5

0,09

0,27

3,2

Ampelocera hottlei

690

0,25

0,47

1,9

0,23

0,39

1,7

Aspidosperma megalocarpun

798

0,27

0,46

1,7

0,25

0,47

1,9

Blepharidium mexicanum

626

0,18

0,41

2,3

0,15

0,42

2,8

Brosimum allicastrum

865

0,27

0,39

1,4

0,31

0,47

1,5

Bursera simaruba

452

0,12

0,21

1,8

0,14

0,26

1,8

Calophyllum brasiliense

575

0,20

0,31

1,6

0,19

0,33

1,8

Cordia alliodora

552

0,18

0,39

2,2

0,16

0,34

2,2

Cymbopetalum penduliflorum

395

0,16

0,37

2,3

0,09

0,26

2,7

Dendropanax arboreus

421

0,17

0,28

1,6

0,13

0,25

1,9

Dialium guianense

917

0,25

0,46

1,8

0,28

0,54

1,9

Javier Ramón Sotomayor-Castellanos et.al.

TECNOCIENCIA CHIHUAHUA, Vol. XVI (1) e 869 (2022)

Dipholis stevensonnii

969

0,35

0,47

1,3

0,30

0,58

1,9

Guarea glabra

587

0,17

0,35

2,1

0,17

0,36

2,1

Guatteria anomala

432

0,16

0,27

1,7

0,12

0,27

2,2

Lonchocarpus castilloi

837

0,24

0,42

1,8

0,26

0,49

1,9

Lonchocarpus hondurensis

729

0,20

0,40

2,0

0,22

0,43

1,9

Manilkara zapota

926

0,26

0,42

1,6

0,32

0,51

1,6

Misanteca pekii

653

0,23

0,35

1,5

0,22

0,37

1,7

Nectandra sp.

508

0,21

0,34

1,6

0,16

0,30

1,9

Pachica acuática

526

0,15

0,36

2,4

0,16

0,32

2,0

Pithecellobium arboreum

700

0,18

0,35

1,9

0,21

0,42

2,0

Pithecellobium leucocalix

505

0,15

0,28

1,9

0,15

0,31

2,1

Platymiscium yucatanum

727

0,20

0,34

1,7

0,24

0,41

1,7

Poulsenia armata

445

0,16

0,29

1,8

0,13

0,27

2,1

Pseudobombax ellipticum

444

0,25

1,0

0,13

0,27

2,1

Pseudolmedia oxyphyllaria

723

0,18

0,45

2,5

0,17

0,48

2,8

Pterocarpus hayesii

508

0,19

0,37

1,9

0,13

0,33

2,7

Quercus anglohondurensis

857

0,31

0,52

1,7

0,19

0,58

3,0

Quercus skinneri

1060

0,33

0,55

1,7

0,32

0,64

2,0

Schizolobium parahibum

317

0,09

0,24

2,7

0,07

0,21

2,9

Sebastiana longicuspis

607

0,15

0,31

2,1

0,17

0,37

2,2

Sickingia salvadorensis

769

0,22

0,45

2,0

0,20

0,50

2,5

Simarouba glauca

439

0,14

0,27

1,9

0,12

0,28

2,4

Spondias mombin

491

0,16

0,28

1,8

0,15

0,29

1,9

Swartzia cubensis

933

0,29

0,44

1,5

0,33

0,51

1,5

Sweetia panamensis

864

0,25

0,40

1,6

0,27

0,51

1,9

Swietenia macrophylla

458

0,16

0,26

1,6

0,14

0,27

1,9

Talauma mexicana

551

0,18

0,32

1,8

0,17

0,33

2,0

Terminalia amazonia

663

0,20

0,33

1,7

0,21

0,38

1,8

Vatairea lundelli

780

0,22

0,42

1,9

0,23

0,47

2,0

Vitex gaumeri

660

0,19

0,37

1,9

0,19

0,40

2,1

Vochysia hondurensis

547

0,17

0,43

2,5

0,12

0,37

3,2

Zuelania guidonia

698

0,17

0,42

2,5

0,15

0,48

3,3

ρ0 = Densidad básica; α = Coeficiente de higroexpansión; β = Coeficiente de higrocontracción; R =

Radial; T = Tangencial.

2022 TECNOCIENCIA CHIHUAHUA.

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