https://doi.org/10.37815/rt=
e.v33n1.818
Artículos originales
Reacción
al Fuego de Tres Maderas Angiospermas Impregnadas con Sales de Boro<=
/b>
Reaction to fire of three angiosperm woods impregnated with boron sa=
lts
Javier Ramón Sotomayor Castellanos1 https://orcid.org/0000-= 0002-1527-8801 <= o:p>
Luz Elena Alfonsina Ávila Calderón1<=
/span> https://orcid.org/0000-0003-2646-2=
142 =
1 Universidad
Michoacana de San Nicolás de Hidalgo, Morelia, México
lea.avilacalderon@gmail.com
Enviado: =
2021/04/27
Aceptado: =
2021/05/20
Publicado: =
2021/06/30
L= a madera es un material combustible, motivo por el cual es importante investigar técnicas para aumentar su resistencia al fuego. La retención de sales de bo= ro en la madera mide la idoneidad del tratamiento de impregnación y la aptitud= que tiene una especie para su preservación y reacción al fuego. Los objetivos d= e la investigación fueron, por una parte, determinar su densidad aparente y su capacidad de retención de sales de boro y, por otra, medir el tiempo de ign= ición y la pérdida de masa en pruebas de reacción al fuego. La investigación comp= robó la capacidad de retención de sales de boro de Spathodea campanu= lata (Tulipán africano), Fraxinus americana (Fresno blanco) y Albizia plurijuga= (Tepehuaje). Para cada especie, se impregnaron cuarenta probetas de pequeñas dimensiones con el método de baño caliente-frío con una solución de ácido bórico y borato de sodio con concentraciones de uno, dos y tres por ciento.= Se determinaron la densidad y el contenido de humedad de la madera. Se realizaron pruebas de reacción al fu= ego con duración de dos minutos y se midieron el tiempo de ignición y la pérdid= a de masa. El impregnado de la madera con sales de boro aumenta la resistencia aparente de la madera a la exposición al fuego. A medida que la densidad de= la madera aumenta, los tiempos de ignición se incrementan y, a la vez, se disminuye la pérdida de masa.
Palabras clave: =
impregnación
de la madera, retención, densidad aparente, tiempo de ignición, pérdida de =
masa. Sumario: 1 Introdu=
cción,
2 Materiales y Métodos, 3 Resultados y Discusión, 4 Conclusiones. Como citar=
: Sotomayor
Castellanos, J. R., & Ávila Calderón, L. E. A. (2021). Reacción al Fuego de Tres
Maderas Angiospermas Impregnadas con Sales de Boro. Revista Tecnoló=
gica
- Espol, 33(1), 35-48. http://www.rte.espol.edu.ec/index.php/tecno=
logica/article/view/818
Abstract=
Wo=
od is a
combustible material; therefore, it is important to investigate techniques =
to
increase its resistance to fire. The retention of boron salts in wood measu=
res
the suitability of the impregnation treatment and the aptitude of one speci=
es
for its preservation and reaction to fire. The objectives of this research =
are,
on one hand, to determine the apparent density of this kind of wood and its
capacity to retain boron salts and on the other hand, to measure ignition t=
ime
and mass loss in reaction to fire tests. The investigation verified the
capacity of retention of boron salts of Spathodea
campanulata (Tulipán africano), Fraxinus americana (Fresno blanco) and Albizia plurijuga=
(Tepehuaje). For each species, forty small spec=
imens
were impregnated with the hot-cold bath method with a solution of boric acid
and sodium borate with concentrations of one, two, and three percent. The
density and moisture content of the wood were determined. Fire reaction tes=
ts
were conducted lasting two minutes and the ignition time and mass loss were
measured. Impregnated wood with boron salts increases the apparent resistan=
ce
of wood to fire exposure. The density of the wood increases with the increa=
se
of ignition time whereas mass loss decreases.
Keywords: Wood impregnation, retention, apparent density,
ignition time, mass loss.
=
&nb=
sp; =
&nb=
sp; =
&nb=
sp; =
1. Introducción
La madera e=
s un
material combustible, motivo por el cual arquitectos, diseñadores de elemen=
tos
de construcción y fabricantes de muebles se han preocupado por indagar sobre
las técnicas que permiten aumentar la resistencia de esta al fuego (Atar et
al., 2011; Bartlett et al., 2019). Para tal propósito, se han desarrollado
diferentes enfoques de investigación. Por ejemplo, aquel que efectúa pruebas
con configuraciones que simulan condiciones reales de incendio para así pod=
er
recomendar criterios de diseño y cálculo estructural (=
Östman,
2017; Ali et al., 2019). Otro enfo=
que,
en cambio, prefiere realizar pruebas de laboratorio con pequeñas probetas, =
con
el objetivo de estudiar las variables que intervienen en la fenomenología d=
e la
reacción de la madera al fuego (Harada, 2001; <=
span
class=3DSpellE>Osvaldová, 2018). Otra perspectiva alude a las sustan=
cias
preservantes y los métodos de impregnación con el fin de, a partir de la
caracterización del fenómeno de ignición de la madera, disminuir su deterio=
ro
cuando se expone al fuego (Tondi et al., 2012; =
Wang
et al., 2017 Gaff et al., 2019).
La medición=
de los
niveles de retención de sales de boro en la madera facilita establecer la
idoneidad de un determinado tratamiento de impregnación y la aptitud que ti=
ene
una especie para preservarse del fuego (Koumbi-Mounang=
a
et al., 2015, Pereira et al., 2017). Existe evidencia empírica de que, si u=
na
probeta de madera de pequeñas dimensiones es impregnada con sales de boro y
expuesta al fuego, el tiempo de ignición y la pérdida de masa disminuyen (<=
span
class=3DSpellE>Sogutlu et al., 2011; Uner et
al., 2016; Jin & Chung, 2018). En este proceso intervienen, entre otros
factores, la especie, su densidad aparente, la retención de la sustancia
preservante, así como las condiciones de laboratorio en las cuales se reali=
zan
las pruebas de reacción al fuego (Babrauskas, 2=
002; Osvaldová et al., 2016). La información revisada sobr=
e el
tema en la literatura es amplia y los resultados hallados en esta son
diferentes en cada caso.
Como ya se
mencionó, uno de los factores que influye en el momento de evaluar el
comportamiento de la madera expuesta al fuego es la densidad aparente, porq=
ue
cuando esta aumenta el tiempo de ignición también se incrementa (Osvaldová, 2018). Por su parte, el tiempo de ignición=
, que
es un factor importante para evaluar el comportamiento de combustión de los
materiales, se define como el lapso requerido para percibir la flama sosten=
ida
en la superficie de una muestra expuesta a un flujo de calor incidente, y,
cuanto más corto sea el tiempo de ignición, más inflamable será el material=
(Boonmee & Quintiere, =
2002; Xu et al., 2015).
Entre tanto=
, la
pérdida de masa, como resultado de la exposición de la madera al fuego, pue=
de
servir como indicador de la vocación de una especie para su empleo en
estructuras y productos. La literatura sobre el comportamiento de la madera
expuesta al fuego establece que la pérdida de masa es proporcional a la
densidad de la madera (Friquin, 2011; Rocha &am=
p; Landesmann, 2016) y que la pérdida de masa depende,
principalmente, del tipo de especie maderable, de la temperatura y el tiemp=
o de
exposición al calor ígneo (Ragan et al., 2016).=
P. Beauv ha estudiado las características
tecnológicas de la especie Spathodea campanulata. Britton y Rose, además de otros auto=
res, como
Silva et al. (2010), Sotomayor (2015) y Tamarit y López (2017), han estudia=
do
las especies Fraxinus americana y=
Albizia plurijuga (Standl.). Sin embargo, no se detectó información sobr=
e su
reacción al fuego en un contexto en el que estas especies hayan sido
impregnadas previamente con sales de boro. Los objetivos de la investigación
fueron, por una parte, determinar su densidad aparente y su capacidad de
retención de sales de boro y, por otra, medir el tiempo de ignición y la
pérdida de masa en pruebas de reacción al fuego.
&nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; 2. Materiales y Métodos
Las piezas de madera de S. campan=
ulata,
F. americana y A. plurijuga se recolectaron en
aserraderos del Estado de Michoacán, México. Para cada especie se prepararo=
n 40
probetas, con dimensiones de 0,02 m x 0, 02 m de sección y 0,4 m de largo,
orientadas, respectivamente, en las direcciones radial, tangencial y longit=
udinal
de la madera, tal como lo estipula la norma ISO 3129:2012 (International
El contenido de humedad se calculó en un grupo adicion= al de 20 muestras, obtenidas del recorte que se efectuó, después de las pruebas, = en un extremo de las probetas, con dimensiones de 0,02 m × 0,02 m × 0,06 . El contenido de humedad se determinó por el métod= o de diferencia de pesos, que realiza su cálculo de acuerdo con la norma ISO 13061-1:2014 (International Organization for Standardization, 2014= a). La densidad aparente de la madera se determinó de acuerdo con la norma ISO 13061-2:2014 (International Organization for Standardization, 2014= b). Cabe señalar que, para aligerar el texto cuando conviene, se ha utilizado el tér= mino “́densidad̀́” en lugar del concepto “densidad aparente”.
Proceso de impregnación
Las probetas se impregnaron con el método baño caliente-frío, siguiendo el protocolo propuesto por Ávila et al. (2012). Se prepararon 30 litros de solución de trihidróxido de boro (ácido bórico, 39,4 %) y tetraborato de so= dio (borato de sodio, 60,6 %) con tres concentraciones: 1 %, 2 % y 3 %, tal com= o lo establece la norma NMX-C-178-ONNCCE-2014 (Organismo Nacional de Normalizaci= ón y Certificación de la Construcción y Edificación, 2014). La madera se sumergió durante 8 h en un baño de agua con temperatura de 60 º= C y presión atmosférica. A continuación, las probetas se sumergieron durante = 16 h en un baño frío, con la solución de sales de boro a temperatura de 23 °C y presión atmosférica.
La retención se determinó con la fórmula (1) (Simsek et al., 2013):
|
|
(1) |
Donde:
R =3D Retención (kg m-3)
PDT =3D Peso después del tratamiento=
de
impregnación (kg)
PAT =3D Peso antes del tratamiento de
impregnación (kg)
C =3D Concentración de sales de boro (%)
VDT =3D Volumen después del tratamie=
nto de
impregnación (m3)
P=
ruebas de
reacción al fuego
Las pruebas de reacción al fuego se llevaron a =
cabo
según el protocolo reportado por Sotomayor y Carrillo (2017). La metodología
implementada para dichas pruebas se dividió en las siguientes etapas:
<= o:p>
Figura <= /span>1<= /span>
Dispositivo para las pruebas de comportamiento al fuego=
L=
a pérdida
de masa se determinó con la fórmula (2) (Gaff e=
t al.,
2019):
<= o:p>
|
|
(2) |
<= o:p>
Donde:
Δm
PAT =3D Peso antes de la exposición =
al
fuego (kg)
PDT =3D Peso después de la exposició=
n al
fuego (kg)
<= o:p>
<= o:p>
Diseño experimental
Se examinaron tres unidades experimentales, que se organizaron en torno a cada una de las siguientes especies: S. campanulata, F. americana y A. plurijuga. El factor de variación fue el tratamie= nto de impregnación con cuatro niveles de concentración de sales de boro: 1 %, 2 %= , y 3 %. El grupo de control fue el del nivel cero, y no se le dio tratamiento. Para cada especie y cada concentración, se efectuaron muestras independient= es de diez probetas cada una, por lo que en total se analizaron 120 probetas (= 3 x 4 x 10). Las variables de respuesta fueron la densidad aparente (ρCH), la retención de sales de boro (R), el tiempo de ignición (tign) y la pérdida de masa (Δm). El contenido de humedad (CH) se consideró variable de referencia y no inter= vino en los resultados.
Para cada variable se calculó su media (=
<= o:p>
&nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; 3. Resultados y Discusión
Las mad=
eras de S.
campanulata, F. americana y A.
El impr=
egnado de
la madera con sales de boro sí aumentó la resistencia aparente de la madera=
a
la exposición del fuego. A medida que la concentración de sales de boro se
incrementó, la pérdida de masa en la zona de combustión disminuyó (<=
!--[if supportFields]>
REF _Ref75539942 \h \* MERGEFORMAT=
Figura 2).
Figura <= /span>2<= /span>
Disminución de la sección transversal en función de la concent= ración (C) en probetas de A. plurijuga
Densidad
Las magnitudes de las densidades de la madera s=
in
tratamiento (C =3D 0 %) de S. campanulata, F.
americana y A. plurijuga
(Tabla 1) =
son
similares a las reportadas en la bibliografía (Silva et al., 2010; Sotomayor, 2015; Tamarit & López, 2017). En el
siguiente cuadro (Tabla
1),=
las
densidades correspondientes a cada especie siguen el ordenamiento: S. campanulata
> F. americana > A. plurijuga. Además,
evidencia que los coeficientes de variación de la densidad de la madera sin
tratamiento aumentan o disminuyen dependiendo de la especie o de la
concentración. No se observa una tendencia definida hacia la disminución, p=
ero
tampoco se advierte un aumento desproporcional ocasionado por el tratamient=
o.
Tabla 1<= /span>
Resultados de las pruebas de exposición al fuego
|
C |
|
ρCH |
R |
tign<=
/b> |
Δm |
|
(%) |
|
(kg m-3) |
(kg m-3) |
(s) |
(%) |
|
|
S. <=
span
class=3DSpellE>campanulata |
||||
|
0 |
|
351 |
0 |
12,7 |
6,0 |
|
|
CV |
(6,3) |
- |
(36,2) |
(30,2) |
|
1 |
|
351 |
2,3 |
11,3 |
6,4 |
|
|
CV |
(6,4) |
(4,6) |
(30,1) |
(26,5) |
|
2 |
|
336 |
4,2 |
12,6 |
6,4 |
|
|
CV |
(3,9) |
(4,8) |
(21,6) |
(9,3) |
|
3 |
|
340 |
6,4 |
11,1 |
6,4 |
|
|
CV |
(8,5) |
(6,4) |
(10,8) |
(4,6) |
|
|
F. a=
mericana |
||||
|
0 |
|
654 |
0 |
11,6 |
6,2 |
|
|
CV |
(5,6) |
- |
(13,6) |
(6,7) |
|
1 |
|
616 |
1,6 |
13,7 |
5,8 |
|
|
(CV |
(3,6) |
(9,5) |
(1,6) |
(9,1) |
|
2 |
|
619 |
3,3 |
17,0 |
5,7 |
|
|
CV |
(7,5) |
(6,3) |
(11,1) |
(13,7) |
|
3 |
|
610 |
5,3 |
21,5 |
5,5 |
|
|
CV |
(4,8) |
(10,2) |
(7,7) |
(10,0) |
|
|
A. plurijuga |
||||
|
0 |
|
830 |
0 |
15,0 |
4,4 |
|
|
CV |
(2,7) |
- |
(15,7) |
(8,8) |
|
1 |
|
831 |
1,3 |
19,3 |
3,9 |
|
|
CV |
(2,2) |
(9,8) |
(14,7) |
(6,7) |
|
2 |
|
846 |
2,7 |
20,6 |
4,1 |
|
|
CV |
(5,0) |
(5,9) |
(12,8) |
(7,8) |
|
3 |
|
816 |
3,7 |
25,3 |
3,9 |
|
|
CV |
(2,8) |
(7,3) |
(5,9) |
(2,5) |
|
|
Fuente: Elabo=
ración
propia
Las distribuciones de todas las muestras result=
aron
normales (Tabla
2),=
con
excepción de las de S. campanulata sin tratamiento (C =3D 0 %: SE y AE &=
gt; 2).
Las pruebas de verificación y análisis de varianza no muestran diferencias
estadísticamente significativas (P(
<= o:p>
Tabla 2<= /span>
Resultados de las pruebas de normalidad
|
|
C =3D 0 % |
C =3D 1 % |
C =3D 2 % |
C =3D 3 % |
|
||||
|
|
SE |
AE |
SE |
AE |
SE |
AE |
SE |
AE |
|
|
|
S. campanulata |
|
|||||||
|
ρCH |
2,6840 |
2,8500 |
-0,5667 |
-0,5415 |
-0,0072 |
0,3682 |
0,5001 |
0,0054 |
|
|
R |
- |
- |
-0,1245 |
0,4658 |
-0,6149 |
-0,4818 |
0,0429 |
1,3880 |
|
|
tign |
1,6960 |
1,2850 |
-0,0591 |
-1,1030 |
0,5755 |
-0,7850 |
-0,3009 |
-0,2379 |
|
|
Δm |
1,7510 |
0,5705 |
-0,8481 |
0,3336 |
1,3910 |
1,4280 |
0,7590 |
0,4514 |
|
|
|
F. americ=
ana |
|
|||||||
|
ρCH |
0,2382 |
-1,2460 |
0,4932 |
-0,2227 |
0,2952 |
-0,6957 |
-0,8263 |
-0,9480 |
|
|
R |
- |
- |
-0,2723 |
0,1108 |
-0,2013 |
-0,6870 |
0,7573 |
-0,6038 |
|
|
tign |
-0,2959 |
-0,5296 |
0,0393 |
-0,4225 |
-0,8023 |
1,1660 |
1,0780 |
0,9941 |
|
|
Δm |
1,8630 |
0,3033 |
-0,0572 |
-0,5249 |
0,9110 |
-0,1152 |
0,2073 |
-0,7578 |
|
|
|
A. plurijuga |
|
|||||||
|
ρCH |
-0,0899 |
-0,8442 |
-0,5070 |
-0,5870 |
0,0227 |
-0,1543 |
-0,8722 |
0,5468 |
|
|
R |
- |
- |
-0,1431 |
-0,7043 |
0,5075 |
-0,6602 |
-1,6640 |
1,1280 |
|
|
tign |
1,725 |
0,6590 |
1,0740 |
0,1032 |
1,3510 |
0,6334 |
-0,8252 |
-0,6403 |
|
|
Δm |
-0,3254 |
-0,1120 |
-0,6241 |
-0,7839 |
-0,7292 |
1,2100 |
-0,7764 |
0,2558 |
|
|
C =
=3D
Concentración; SE =3D Sesgo estandarizado; AE =3D Apuntalamiento estandar=
izado; ρCH =3D Densidad; R =3D Retención; =
tign =3D Tiempo de ignición; Δm
=3D Pérdida de masa. |
Fuente: Elabo=
ración
propia
Retención
Los resultados de las retenciones de sales de b=
oro
obtenidos en esta investigación (Tabla
1) =
son
similares a los reportados en la bibliografía sobre especies mexicanas en l=
as
que se han aplicado protocolos experimentales parecidos a los de esta
investigación. Sotomayor y Correa (2016) reportan para S. campanulata (ρCH =3D 357 kg m-3) una retención de 14,31 kg m-3=
; para
A. religiosa (ρCH =3D 419 kg m-3), una retención de 7,23 %; y para G. ulmifolia (ρCH =3D 739 kg m-3), una retención de 9,7 %. Por su parte,
Sotomayor y Villaseñor (2016) reportan valores de reten=
ción
que varían en el intervalo de 4,07 % hasta 14,18 % para diez
especies mexicanas: Tilia mexicana, Cupressu=
s
lindley, Alnus<=
/span>
acuminata, Cedrela<=
/i>
odorata, Fraxinus
uhdei, Lysiloma=
bahamensis, Fagus
mexicana, Caesalpinia granadillo<=
/i>, Platymiscium dimorphan=
drum y Quercus spp.
Los coeficientes de variación de las retenciones aumentan a medida que las
concentraciones se incrementan para S. campanulata, F.
americana y A. plurijuga,
(Tabla 1).=
No se
observa en estos una disposición relacionada con la especie o con la densid=
ad.
Tabla 3<= /span>
Resultados de las pruebas estadísticas
|
|
Ver-var |
Anova |
K-W |
C |
Grupos homogéneos |
|||||||||
|
|
P(<=
b>α =3D 0,05) |
P(<=
b>α =3D 0.05) |
P(<=
b>α =3D 0.05) |
(%) |
|
|||||||||
|
|
S. campanulata |
|||||||||||||
|
ρCH |
0,4344 |
- |
0.2996 |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
X |
|
|
|
||||||
|
R |
0,1111 |
< 0.0001 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
|
|
X |
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
|
|
X |
||||||
|
tign |
0,1080 |
0.5679 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
X |
|
|
|
||||||
|
Δm |
0,0703 |
0.8787 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
F. americ=
ana |
|||||||||||||
|
ρCH |
0,1451 |
0.0312 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
X |
|
|
||||||
|
R |
0,0003 |
- |
< 0.0001 |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
|
|
X |
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
|
|
X |
||||||
|
tign |
0,9857 |
< 0.0001 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
|
|
X |
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
|
|
X |
||||||
|
Δm |
0,2446 |
0.0718 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
A. plurijuga |
|||||||||||||
|
ρCH |
0,1162 |
0.1403 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
X |
|
|
||||||
|
R |
0,0244 |
- |
< 0.0001 |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
|
|
X |
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
|
|
X |
||||||
|
tign |
0,4610 |
< 0.0001 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
|
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
|
X |
|
||||||
|
Δm |
0,0849 |
0.0017 |
- |
0 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
1 |
X |
|
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
2 |
X |
X |
|
|
||||||
|
|
- |
- |
- |
3 |
|
X |
|
|
||||||
|
Ver=
-var=3D Pruebas de verificación de varianza; Anova =3D Prueba de análisis de varianza; K-W =3D P=
ruebas de
Kruskal-Wallis; C =3D Concentración; ρCH
=3D Densidad; R =3D Retención; tign =3D Tiem=
po de
ignición; Δm =3D Pérdida de masa. |
||||||||||||||
Fuente: Elabo=
ración
propia
Las distribuciones de los resultados de las
retenciones del grupo de control y de las muestras de las tres concentracio=
nes resultaron
normales, con excepción de la retención alcanzada con la concentración de 2=
%
para A. plurijuga (Tabla
2).=
Sin
embargo, los valores medios de la retención presentan diferencias
estadísticamente significativas de acuerdo con el nivel de concentración de
sales de boro y entre especies (Tabla
3).=
En el
mismo contexto, las pruebas de rangos múltiples indican que, para las tres
especies en estudio, existen diferencias entre los cuatro grupos analizados=
.
Las retenciones de sales de boro en S. campanulata,
F. americana y A. plurijuga disminuyen con relació=
n a la
densidad de la madera (Figura
3a),
además, se observa una tendencia al agrupamiento en las magnitudes de las
retenciones a medida que la densidad aumenta, como es el caso para A. plurijuga.
Al respecto, es importante mencionar que las retenciones correspondientes a=
un
valor R =3D 0 (Figura
5a)=
se
refieren a las probetas sin tratamiento, es decir, una concentración de boro
igual a cero (C =3D 0 %). Por el contrario, en las tres especies del estudi=
o, las
retenciones aumentan en función de la concentración utilizada y, cabe señal=
ar,
que lo hacen con fuertes coeficientes de determinación (R2 =3D 0=
,99)
(Figura 4a). Estos resultados corroboran los reportados por Toker
et al. (2009) para maderas de <=
span
class=3DSpellE>Pinus brutia (ρCH =3D 532 kg m-3) y Fagus orientalis (ρCH =
=3D 520
kg m-3), sobre las cuales también se impregnaron concentraciones
similares de sales de boro. Igualmente, las magnitudes de las retenciones, =
considerando
las concentraciones utilizadas en esta investigación, son del mismo orden q=
ue
las encontradas por Temiz et al. (2008) para madera de Alnus glutinosa (ρCH =
=3D 503 kg
m-3) y Pinus sylvestris (ρCH =3D 520 kg m-3).
Figura <= /span>3<= /span>
Dispersiones de a), la re=
tención
(R); b), del tiempo de ignición (tign); y
c), de la pérdida de masa (Δm), en función de la densidad aparente (ρ<=
sub>CH)
para las concentraciones de 1 %, 2 % y 3 % de sales de boro
|
|
Fuente: Elabo=
ración
propia
Figura 4=
Correlaciones y coeficien=
tes de
determinación (R2): de a) la retención (R); b) del tiempo de
ignición (tign); y c) de la pérdida =
de
masa (Δm), en
función de las concentraciones de 1%, 2% y 3 % de sales de boro
|
|
Fuente: Elabo=
ración
propia
Figura <=
/span>5<=
/span>
Dispersiones de los tiemp=
os de
ignición (tign) en función de las
densidades aparentes (ρCH) y sus
correlaciones, detalladas en la Tabla 4
Fuente: Elaboración propia
T=
iempo de
ignición
Los tiempos promedio de ignición medidos, para =
S. campanulata,
F. americana y A. plurijuga (Tabla
1),=
son
similares a los reportados en la bibliografía (Tabla 5) para maderas mexica=
nas
cuyos protocolos experimentales fueron similares a los utilizados en esta
investigación (Sotomayor & Carrillo, 2017; Sotomayor et al., 2018; Sotomayor & Gallegos, 2018; Sotomayor &
Giraldo, 2017; Sotomayor & Osvaldová, 2017)=
. Sin
embargo, a diferencia de lo reportado en la bibliografía, en la madera no
impregnada, no se observa una tendencia al aumento del tiempo de ignición a
medida que la densidad de la madera aumenta (Harada,
2001; Shi & Chew, 2019; Rocha & Landesmann, 2016). Estas tendencias se muestran en la
Figura 3b con modelos lineales empíricos (Tabla
4),
calculados a partir de los resultados obtenidos en esta investigación y de =
la
bibliografía (ambos enlistados en la Tabla
5).=
El
coeficiente de determinación de la correlación ti=
gn
=3D f(ρCH) =
se calculó
con los resultados de esta investigación (Tabla
4);=
su
resultado estableció que este es 64 % menor, en promedio, en comparación con
los coeficientes R2 de la bibliografía.
<= o:p>
Tabla 4<= /span>
Correlaciones de las Figuras 5 y 6
|
Autor |
Correlación tign =3D f(ρCH) |
R² |
|
Esta investigación (2=
019) |
tign =3D 0,0034 ρCH + 11,28 |
0,28 |
|
Sotomayor et al. (2017-2018) |
tign =3D 0,041 ρCH - 6,54 |
0,71 |
|
Shi y Chew
(2012) |
tign =3D 0,037 ρCH - 7,18 |
0,75 |
|
Rocha y Landesmann (2016) |
tign =3D 0,065 ρCH - 3,53 |
0,76 |
|
Harada (2001) |
tign =3D 0,059 ρCH - 5,66 |
0,92 |
|
Autor |
Correlación Δm =3D f(ρCH) |
R² |
|
Esta investigación (2=
019) |
Δm =3D -0,0029 <=
span
lang=3DPT style=3D'font-size:8.0pt;mso-bidi-font-size:9.0pt;line-height:1=
02%;
color:black;mso-ansi-language:PT;mso-fareast-language:ES-MX'>ρC=
H + 7,31 |
0,51 |
|
Sotomayor et al. (2017-2018) |
Δm =3D -0,019 |
0,89 |
|
Sotomayor y Carrillo
(2017) |
Δm =3D -0,0085 <= span lang=3DPT style=3D'font-size:8.0pt;mso-bidi-font-size:9.0pt;line-height:1= 02%; color:black;mso-ansi-language:PT;mso-fareast-language:ES-MX'>ρC= H + 10,15<= o:p> |
0,94 |
|
Sotomayor y Gallegos
(2018) |
Δm =3D -0,0244 <=
span
lang=3DPT style=3D'font-size:8.0pt;mso-bidi-font-size:9.0pt;line-height:1=
02%;
color:black;mso-ansi-language:PT;mso-fareast-language:ES-MX'>ρC=
H + 322,46=
|
0,85 |
|
tign =3D Tiempo de ignición; Δm
=3D Pérdida de masa; ρCH =3D =
Densidad;
R2 =3D Coeficiente de determinación. |
Fuente: Elaboración propia
Tabla 5<= /span>
Densidades aparentes, tiempos de ignición y pérdidas de masa p= ara maderas no impregnadas en la bibliografía
|
Especies mexicanas |
ρCH |
tign |
Δm |
Espe=
cies
internacionales |
ρCH |
tign |
|
|
(kg =
m-3) |
(s)<= o:p> |
(%)<= o:p> |
|
(kg =
m-3) |
(s)<= o:p> |
|
Sotomayor=
y
Carrillo (2017) |
Harada (2001) |
|||||
|
Tabebuia rosea |
613 |
8 |
5,3 |
Cryptomeria japonica |
299 |
13 |
|
Andira inermis |
737 |
12 |
3,6 |
Thujopsis dolabrata |
422 |
18 |
|
Juglans pyriformis |
773 |
23 |
3,5 |
Pinus densiflora |
433 |
19 |
|
Quercus spp, |
866 |
30 |
2,6 |
Larix leptolepsis |
524 |
22 |
|
Cordia elaeagnoides |
996 |
34 |
2,0 |
Paulownia tomentosa |
266 |
14 |
|
Sotomayor=
et al, (2018) |
Juglans soeboldiana |
547 |
23 |
|||
|
Tabebuia donnell-smithii |
448 |
17 |
20,8 |
Fagus crenata |
581 |
32 |
|
Enterolobium cyclocarpum |
504 |
17 |
18,7 |
Zelkova serrata |
703 |
36 |
|
Tabebuia rosea |
604 |
24 |
15,9 |
Quercus mongolica |
772 |
44 |
|
Swietenia humilis |
655 |
28 |
14,9 |
Shi y |
||
|
Lysiloma acapulcensis |
685 |
31 |
10,4 |
Pinus contorta |
447 |
11 |
|
Cordia elaeagnoides |
1130 |
37 |
7,8 |
Fagus grandifolia |
632 |
13 |
|
Tabebuia chrysantha |
1234 |
49 |
4,2 |
Prunus serotina |
558 |
11 |
|
Sotomayor=
y
Gallegos (2018) |
Quercus rubra |
897 |
24 |
|||
|
Enterolobium cyclocarpum |
458 |
10 |
11,8 |
Acer nigrum |
748 |
26 |
|
Tabebuia rosea |
624 |
16 |
5,7 |
Fraxinus, americana |
680 |
19 |
|
Juniperus pyriformis |
711 |
12 |
6,1 |
Rocha y <=
span
class=3DSpellE>Landesmann (2016) |
||
|
Sotomayor=
y Osvaldová (2017) |
Joannesia princeps |
352 |
23 |
|||
|
Abies religiosa |
431 |
10 |
5,4 |
Cedrela, lilloi |
422 |
25 |
|
Sotomayor=
y
Giraldo (2017) |
Schizolobium parahyba |
347 |
16 |
|||
|
Gyrocaupus americanus |
375 |
10 |
9,0 |
Ocotea porosa |
584 |
43 |
|
- |
- |
- |
- |
Capsicodendron dinisii |
471 |
20 |
|
- |
- |
- |
- |
Peltophorum dubium |
627 |
33 |
|
- |
- |
- |
- |
Zanthoxylum chiloperone |
739 |
44 |
|
- |
- |
- |
- |
Pinus caribaea |
484 |
31 |
|
ρ |
Fuente: Elabo=
ración
propia
Los tiempos de ignición, para S. campanulata, F. americana y A. plurijuga, aumentan a medida que la densidad de la
madera se incrementa, tanto para el grupo de referencia (C =3D 0 %) como pa=
ra las
tres concentraciones de sales de boro (Figura
3b)=
. Se
observa igualmente una tendencia a la dispersión de los valores del tiempo =
de
ignición a medida que la concentración aumenta. Además, los tiempos de igni=
ción,
para F. americana y A. plurijuga, aumentan
conforme la concentración de sales de boro se incrementa, con fuertes
coeficientes de determinación (Figura 4b). Estos resultados coinciden con l=
os
reportados por Toker et al. (2009) para maderas de Pinus brutia (ρCH =
=3D 532
kg m-3) y Fagus orientalis (ρCH =3D 520 kg m-3), las cuales se impregnaron con concentra=
ciones
de sales de boro similares a las que se utilizaron en esta investigación.
P=
érdida de
masa
Las magnitudes de la pérdida de masa observadas=
en S. campanulata,
F. americana y A. plurijuga (Tabla
1) =
son
similares a las que se reportan en la bibliografía para maderas mexicanas (=
Tabla
5).=
Las
pruebas de normalidad en las distribuciones de las muestras de las tres
especies, así como de las tres concentraciones de sales de boro y del grupo=
de
control (C =3D 0 %) fueron normales. Igualmente, para cada especie, en las
pruebas de verificación y análisis de varianza hay diferencias estadísticam=
ente
significativas entre el grupo de control y las tres concentraciones estudia=
das
(Tabla 3).=
Sin
embargo, con excepción de S. campanulata, tanto las densidades como los tiempo=
s de
ignición y la pérdida de masa resultaron no homogéneos entre las cuatro
concentraciones.
La Figura
3c
evidencia que la pérdida de masa disminuye a medida que la densidad de la
madera aumenta (Figura
3c)=
. Debido
a que el protocolo experimental utilizado en esta investigación es diferent=
e al
reportado en la bibliografía, su contrastación es compleja. Sin embargo, es=
ta
tendencia coincide con las que se muestran en la Figura
6. =
En la Tabla
4 se
detallan las correlaciones y coeficientes de determinación, así como las
correlaciones lineales construidas con datos recolectados en la literatura =
(Tabla
5).=
Estos corolarios coinciden con los de Toker et al.
(2009) para maderas de Pinus brutia (ρCH =3D 532 kg m-3) y Fagus orientalis (ρCH =3D 520 kg m-3), impre=
gnadas
con concentraciones de sales de boro similares a las que se utilizaron en e=
sta
investigación. A partir de esta coincidencia se deduce que la pérdida de ma=
sa
disminuye cuando la densidad de la madera aumenta. El coeficiente de
determinación correspondiente a la correlación calculada, tomando como base=
los
resultados de esta investigación (Tabla
4),=
es en
promedio 57 % menor que los coeficientes reportados por los autores mencion=
ados
en esta tabla. Respecto a la pérdida de masa en función de la concentración=
de
sales de boro, para F. americana y A. plurijuga,
se observan ligeras tendencias a la disminución. Un caso diferente muestra =
S. campanulata,
cuya regresión es positiva (Figura
4c)=
.
Figura <= /span>6<= /span>
Dispersiones de la pérdid=
a de
masa (Δm) en función de las densidades apa=
rentes
(ρCH) y sus correlaciones, deta=
lladas
en la Tabla 4
Fuente: Elabo=
ración
propia
&nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; &= nbsp; &nbs= p; 4. Conclusiones
El método baño caliente-frío permite impregnar con sal= es de boro las maderas de S. campanulata, F. american= a y A. plurijuga. El tratamiento con concentraciones d= e 1 %, 2 % y 3 % no altera de manera significativa las densidades de estas tres especies. El impregnado aumenta la resistencia aparente de la madera a la exposición al fuego. Además, retarda los tiempos de ignición y disminuye la pérdida de masa cuando la madera es expuesta al fuego en condiciones de laboratorio.
La madera de S. campanulata impregnada con las sales de boro al 3 % presenta las retenciones (6,4 kg m-= 3) y la pérdida de masa (6,4 %) más altas y el tiempo de ignición menor (11,1 s)= .
Con todo, las magnitudes de las retenciones, los tiemp= os de ignición y la pérdida de masa son diferentes para cada especie y concentrac= ión. Las retenciones fueron proporcionales a la concentración e inversamente proporcional a la densidad. Los tiempos de ignición se incrementan a medida que la densidad de la madera aumenta y la concentración de sales de boro aumenta. La pérdida de masa disminuye en fun= ción de la densidad aparente de la madera. No se observa tendencias claras respe= cto a la pérdida de masa en función de la concentración de sales de boro. Estos resultados encuentren aplicación práctica en la selección e impregnado de la madera para su uso en la industria de la construcción.
Ali, S., Hu=
ssain,
S. A., and Tohir, M. Z. M. (2019). Fire test and effects of fire retardan=
t on
the natural ability of timber: a review. Pertanika Journal of Science & Technology, (27), 867-895. http://psa=
sir.upm.edu.my/id/eprint/68698/
Atar, M., Keskin, H., Korkut, S., a=
nd Korkut, D. S. (2011). Impact of impregnation with bor=
on
compounds on combustion properties of oriental beech (Fagus orientalis Lipsky) and varnishes. African Journal of Biotechnology, (10), 2867-2874. https://doi.org/10.5897/AJB10.1567
Ávila, L. E=
. A.,
Herrera, M. A., y Raya, D. (2012). Preservación de la madera en México<=
/i>. México: Universidad Michoacana de San Nicolás de Hidalgo.
Babrauskas=
, V.
(2002). Ignition of wood: A review of the state of the =
art.
Journal of Fire Protection Engineering, (12), 163-189. DOI:
10.1177/10423910260620482
Bartlett, A. I., Hadden, R. M., & Bisby,
L. A. (2019). A review of factors affecting the burning behaviour
of wood for application to tall timber construction. Fire Technology,
(55), 1-59. DOI: /10.1007/s10694-018-0787-y
Boonmee, N.=
, & Quintiere, J. G. (2002). Glowing and flaming autoigni=
tion
of wood. Proceedings of the Combust=
ion
Institute, (29), 289-296. DOI: 10.1016/S1540-7489(02)80039-6
Friquin, K. (2011).
Material properties and external factors influencing the charring rate of s=
olid
wood and glue-laminated timber. Fire and Materials, (35), 303-327. D=
OI:
10.1002/fam.1055
Gaff, M., <=
span
class=3DSpellE>Kačík, F., Gašparík,=
M., Todaro,
L., Jones, D., Corleto, R., Osvaldová,
L. M., & Čekovská, H. (2019). The effe=
ct of
synthetic and natural fire-retardants on burning and chemical characteristi=
cs
of thermally modified teak (Tectona grandis L. f.) wood. Construction and Building Materials.
(200), 551-558. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2018.12.106
Harada, T. =
(2001).
Time to ignition, heat release rate and fire endurance time of wood in cone
calorimeter test. Fire and Material=
s,
(25), 161-167. DOI: 10.1002/fam.766
Internation=
al
Organization for Standardization, Geneva (2012). ISO 3129:2012. Wood. Sa=
mpling
methods and general requirements for physical and mechanical testing of sma=
ll
clear wood specimens. https://www.iso.org/standard/52489.html
Internation=
al
Organization for Standardization, Geneva (2014a). ISO 13061-1:2014. =
Physical
and mechanical properties of wood. Test methods for small clear wood specim=
ens.
Part 1: Wood. Determination of moisture content for physical and mechanical
tests. https://www.iso.org/standard/60063.html
Internation=
al
Organization for Standardization, Geneva (2014b). ISO 13061-2:2014. Wood. Physical a=
nd
mechanical properties of wood. Test methods for small clear wood specimens.
Part 2: Determination of density for physical and mechanical tests.
https://www.iso.org/standard/60064.html
Jin, E., &=
Chung,
Y.J. (2018). Fire risk of wood treated with boron compounds by combustion t=
est.
Fire Science and Engineering, <=
i>32(3),
19-26. DOI: 10.7731/KIFSE.2018.32.3.019
Koumbi-Mounanga, T., Morri=
s, P.
I., Lee, M. J., Saadat, N. M., Leblon, B. & Cooper, P. A. (2015).
Prediction and evaluation of borate distribution in Eastern black spruce (<=
span
class=3DSpellE>Picea mariana var. mariana) =
wood
products. Wood Science
and Technology, (49), 457-473. DOI:
10.1007/s00226-015-0714-z
Organismo N=
acional
de Normalización y Certificación de la Construcción y Edificación. (2014). =
Norma Mexicana NMX-C-178- ONNCCE-2014
Industria de la Construcción. Preservadores para Madera – Clasificación y
Requisitos. https://www.onncce.org.mx/es/?option=3Dcom_merchant&vie=
w=3Dcategory&cid=3D24
Osvaldová, L. M.,
Gaspercova, S., Mitrenga, P., & Osvald, A. (2016). The influence of density=
of
test specimens on the quality assessment of retarding effects of fire
retardants. Wood Research, (61),
35-42. http://www.centrumdp.sk/wr/201601/04.pdf
Osvaldová, L. M. (20=
18).
Density of test bodies and its effect on burning rate of fire-retardant tre=
ated
samples. MATEC Web of Conferences,
(213), 1-4. DOI: 10.1051/matecconf/201821303002=
Östman, B. A. L. =
(2017).
Fire performance of wood products and timber structures. International Wood Products Journal, (8), 74-79. DOI:
10.1080/20426445.2017.1320851
Pereira, E. E., M=
ota, A.,
Cabral, J., Campos, T., Chaves, M. D., & Benigno, J. (2017).
Ragan, B., Kačíková, D., & Paulďuro, M. (2016). Influence of physical and
chemical characteristics of selected tree species on mass loss and rate of
burning after exposure to radiant heating. Acta
Facultatis Xylologiae Zvolen, (58), 121-131. DOI: 10.17423/afx.2016.58.=
2.13
Rocha, M. A=
., &
Landesmann, A. (2016). Combustion properties of
Brazilian natural wood species. Fir=
e and
Materials, (40), 219-228. DOI: 10.1002/fam.2281
Shi, L., &
Silva, J. A., Fuentes, F. J., Rodríguez, R.,
Simsek, H., Baysal, E., Yilmaz, M., & Cu=
lha,
F. (2013). Some mechanical properties of wood impregnated with environmentally-friendly boron and copper based chemic=
als. Wood
Research. (58), 495-504. DOI: 10.1016/j.conbuildmat.2010.04.028
Sogutlu, C., Demirci, Z., Dongel, N., =
Ozgur Imirzi, H., Doruk, S., & Yalınk =
5;lıc,
A. C. (2011). The determination of the resistance to burning of some wood t=
ypes
impregnated with sodium borate solution. Woo=
d Research, (56), 233-244. Disponible en:
http://www.woodresearch.sk/wr/201102/09.pdf
Sotomayor, =
J. R.
(2015). Banco FITECMA de caracterís=
ticas
físico-mecánicas de maderas mexicanas. México: Universidad Michoacana de
San Nicolás de Hidalgo. https://www.researchgate.net/
Sotomayor, =
J. R., y
Ávila, L. E. A. (2019). Retención y penetración de sales de boro en tres
maderas angiospermas: Spathodea campanulata<=
/span>,
Fraxinus americana y =
Albizia plurijuga. Revista Ciencia y Tecnología UTEQ, 12(2), 23-31. DOI: 10.18779/cyt.v12i2.323.
Sotomayor, =
J. R., y
Carrillo, M. I. (2017). Comportamiento al fuego de cinco especies mexicanas.
Estudio comparativo. Investigación e
Ingeniería de la Madera, (13), 4-38. https://www.researchgate.net/
Sotomayor, =
J. R., y
Correa, S. (2016). Retención de sales de boro en la madera y su
efecto en el módulo de elasticidad dinámico. Revista Científica, (24), 1-19. DOI:
10.14483/10.14483/udistrital.jour.RC.2016.24.a9<=
/span>
Sotomayor, =
J. R., y
Gallegos, G. (2018). Reacción al fuego de madera sólida y lami=
nada
de Enterolobiu=
m cyclocarpum, Tabebuia rosea y Juniperus pyriformis. Estudio comparativo.
Sotomayor, =
J. R.,
& Giraldo, M. P. (2017). Resistencia al fuego de madera densificada.&nb=
sp;Investigación e Ingeniería de la Mader=
a,
(13), 45-62. https://www.researchgate.net/
Sotomayor, J. R., Giraldo, M. P, Haurie, =
L.,
Lacasta, A. M., Montón, J., Palumbo, M., &
Navarro, A. (2018). Characterization of the fire behaviour of tropical wood species for use in the
construction industry. Investigación e Ingeniería de la Madera,
(14), 4-24. https://www.researchgate.net/
Sotomayor, =
J. R., y
Osvaldová, L. M. (2017). Resistencia al fuego de
madera laminada. Investigación e Ingeniería
de la Madera, (13), 4-21. https://www.researchgate.net/
Sotomayor, =
J. R.,
& Villaseñor, J. M. (2016). R=
etención
y absorción de solución de sales de boro de diez maderas mexicanas. =
Acta Universitaria, (26), 12-19. DOI:
10.15174/au.2016.835
Tamarit, J. C., y=
López,
J. L. (2007). Xilotecnolo=
gía de los principales árboles tropicales de México. México: I=
nstituto
Nacional de Investigaciones Forestales, Agrícolas y Pecuarias.
Temiz, A., Geze,r=
E. G.,
Yildiz, U. C., & Yildiz, S. (2008). Combustion properties of=
alder
(Alnus glutinosa L.) Gaertn.
subsp. barbata (C.A. Mey) Yalt.) and southern pine (Pinus sylvestris L.)=
wood
treated with boron compounds. Const=
ruction
and Building Materials, (22), 2165-2169. DOI:
10.1016/j.conbuildmat.2007.08.011
Toker, H., Baysal, E., Ozcifci, A., =
Simsek, H., Altun, S.,
Tondi,
G., Wieland, S., Wimmer. T., Thevenon,
M. F., Pizzi, A., & Pe=
tutschnigg,
A. (2012). Tannin-boron preservative=
s for
wood buildings: mechanical and
fire properties. European Journal o=
f Wood
Products, (70), 689-696. DOI 10.1007/s00107-012-0603-1
Uner, I. H.,
Wang, F., Liu, J.=
, & Lv, W. (2017). Thermal degradation and fire performance of
wood treated with PMUF resin and boron compounds. Fire and Materials, (41), 1051-1057. DOI: 10.1002/fam.2445
Xu, Q. F., Chen, =
L. Z.,
Harries, K. A., Zhang, F. W., Liu, Q., & Feng, J. H. (2015).