Mejoras tecnológicas de la madera de pino ponderosa mediante la incorporación de silicatos

1. MEJORAS TECNOLÓGICAS DE LA MADERA DE
PINO PONDEROSA MEDIANTE LA
JORNADAS PROCESO, PRODUCTO Y GESTIÓN DE
LA MADERA DE PINO PONDEROSA
PINO PONDEROSA MEDIANTE LA
INCORPORACIÓN DE SILICATOS
INGENIERA FORESTAL MARÍA MERCEDES REFORT
BECARIA UNIVERSIDAD NACIONAL DE LA PLATA

2. El objetivo de los trabajos fue estudiar el
comportamiento de algunos parámetros físicos y de
dureza en madera de Pino ponderosa impregnada
OBJETIVO
dureza en madera de Pino ponderosa impregnada
con diferentes soluciones de dióxido de silicio,
boro, óxido de sodio y de potasio

3. Dióxido de silicio con objetivos ignífugos y biocidas (Pereyra &
Giudice, 2008).
ANTECEDENTES CON SILICATOS
Durán et al. (2012), incorporó dióxido de silicio en combinación
con boratos para ofrecerle a la madera la protección frente al
fuego.
El silicio combinado con el boro aporta dureza, aumentando la
resistencia mecánica a compresión y la estabilidad dimensional
de la madera (Gonzáles, 2008).
La madera, la solución impregnante y las condiciones de
proceso son los 3 factores que influyen en la penetración de
líquidos en la madera, Malkov (2002).

4. MATERIAL LEÑOSO
Listones de 50 X 50 X 1000 mm
Probetas de 50 X 50 X 50 mm
Probetas libres de defectos
30 repeticiones por tratamiento
Latitud 39º19'03''
Longitud 70º56'36.8''
Precipitación anual 500-550 mm
Temperatura media anual 10°C

5. MÉTODO BETHELL
MÉTODO Y SOLUCIONES
ENSAYADAS (PARTE I)
Parámetros de Aplicación:Parámetros de Aplicación:
•• Vacío Inicial: 600Vacío Inicial: 600 mm Hg pormm Hg por•• Vacío Inicial: 600Vacío Inicial: 600 mm Hg pormm Hg por
10 minutos.10 minutos.
•• Presión: 3 Kg.cmPresión: 3 Kg.cm por 5por 5
minutosminutos
•• Vacío Final: 600Vacío Final: 600 mm Hg por 10mm Hg por 10
segundos.segundos.
•• Temperatura:Temperatura: 1818°° CC

6. Solución: Silicato de sodio y potasio
MÉTODO Y SOLUCIONES
ENSAYADAS (PARTE I)
• SiO2 (22,6 g)
• Na2O (4,10 g)
• K2O (6,20 g)
• Agua desmineralizada
Concentraciones de SiO2 de 5%, 10% y 15%

7. PARÁMETROS CALCULADOS Y
ENSAYOS REALIZADOS
• Absorción (IRAM 9600): (Pf – Pi ) / V
• Retención nominal (IRAM 9600): (A * C) / 100
• Retención real (IRAM 9600): (Rn * Do) / Dx• Retención real (IRAM 9600): (Rn * Do) / Dx
• Densidad aparente normal: (IRAM 9544)
• Dureza Janka: (IRAM 9570)
• Absorción de agua: (24, 48, 168 Y 360 horas)
• Estudios anatómicos con MEB

8. RESULTADOS PARÁMETROS
DE IMPREGNACIÓN
Concentración SiO2
(%)
Absorción
(kg.m-3)
Rn
(kg.m-3)
Ra
(kg.m-3)
5 130,15 a 6,51 a 5,35 a
10 98,20 b 9,82 b 8,07 b
15 74,01 c 11,10 c 9,12 c
0.00
20.00
40.00
60.00
80.00
100.00
120.00
140.00
Absorción
(kg.m-3)
Rn((kg.m-3) Ra ((kg.m-3)
S1 (5%)
S2 (10%)
S3 (15%)
ABSORCIÓN
Solución de Boro 747 kg.m-3
CCB 583 kg.m-3
Silicatos Na y K 124 kg.m-3
Silicatos Li 78 kg.m-3

9. RESULTADOS DENSIDAD
APARENTE NORMAL
Concentración
SiO2 (%)
Densidad
normal (kg.dm-3)
Testigo 0,43 a 0.44
0.46
0.48
DENSIDAD APARENTE NORMAL
T
Aumento de la densidad hasta un 17,8 %.
La madera sigue considerándose liviana.
5 0,43 a
10 0,47 b
15 0,47 b
0.36
0.38
0.4
0.42
T S1 (5%) S2 (10%) S3 (15%)
T
S1 (5%)
S2 (10%)
S3 (15%)

10. RESULTADOS ABSORCIÓN DE
AGUA
Concentración
SiO2 (%)
Absorción de agua (%)
24 horas 48 horas 168 horas 360 horas
Testigo 44,01 a 47,82 a 72,54 a 84,67 a
5 43,59 a 50,84 a 78,63 a 90,15 a
10 38,40 b 45,50 b 70,10 b 80,07 b
15 34,08 c 40,23 c 69,17 b 76,43 b
Valores muy superiores a
los encontrados con
Metacrilato de metilo en
madera de álamo 16,87%,
19,81%, 28,77% y 44,21%
15 34,08 c 40,23 c 69,17 b 76,43 b
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
24 HS 48 HS 168 HS 368 HS
T
S1 (5%)
S2 (10%)
S3 (15%)

11. RESULTADOS DE DUREZA JANKA
Concentración
SiO2 (%)
Dureza Janka (N.mm-2)
Transversal Tangencial Radial
Testigo 29,083 a 29,083 a 24,833 a
5 44,438 b 26,188 a 22,438 a
10 49,938 c 28,313 a 25,938 a
15 36,813 d 27,938 a 24,250 a15 36,813 d 27,938 a 24,250 a
0.00
100.00
200.00
300.00
400.00
500.00
600.00
DTr DTg DRd
T
SiO2 5 (%)
SiO2 10 (%)
SiO2 15 (%)
DUREZA TRANSVERSAL
Aumentos del 69 % con 10%
SiO2
Aumentos del 53 % con 5%
SiO2
Aumentos del 26 % con 15%
SiO2

12. CONCLUSIONES (PARTE I)
Se lograron aumentos de la densidad en el orden del 17,8% en el valor
de densidad aparente normal de la madera
Los valores de absorción de agua trabajando con concentraciones deLos valores de absorción de agua trabajando con concentraciones de
dióxido de silicio al 10% presuponen una mejora en la impermeabilización
del material
Se lograron aumentos en el orden del 69% en la dureza, en el plano
transversal

13. Solución Tratamiento Método Parámetros de Proceso
A
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 10 min.
Presión 3,50kg.cm-2, 20 min.
Vacío final no. Temperatura 18ºC
Bethell modificado Vacío inicial 650Hg, 10 min.
MÉTODO Y SOLUCIONES
ENSAYADAS (PARTE II)
Solución A
SiO2(10g)
Na2O(1,80g)
K2O(1,82g)
C.S.P. H2O(100g)
B
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 10 min.
Presión 3,50kg.cm-2, 20 min.
Vacío final no. Temperatura 45ºC
C
Baño caliente frío Calentamiento 85ºC, 60 min.,
mantenido hasta enfriamiento
18ºC. Tiempo total 12 hr
D
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 30 min.
Presión 3,50kg.cm-2, 360 min.
Vacío final no. Temperatura 18ºC
E
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 30 min.
Presión 3,50kg.cm-2, 720 min.
Vacío final no. Temperatura 18ºC

14. MÉTODO Y SOLUCIONES
ENSAYADAS (PARTE II)
Solución B F
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 10 min. Presión
3,50kg.cm-2, 20 min. Vacío final no.
Solución Tratamiento Método Parámetros de Proceso
Solución B
SiO2(10g)
Na2O(3,15g)
K2O(0,60g)
B2O3(0,85g)
C.S.P. H2O(100g)
F (vacío-presión) 3,50kg.cm-2, 20 min. Vacío final no.
Temperatura 18ºC
G
Bethell modificado
(vacío-presión)
Vacío inicial 650Hg, 10 min. Presión
3,50kg.cm-2, 20 min. Vacío final no.
Temperatura 45ºC
H
Baño caliente frío Calentamiento 85ºC, 60 min., mantenido
hasta enfriamiento 18ºC. Tiempo total 12
hr

15. RESULTADOS PARÁMETROS DE
IMPREGNACIÓN
0
100
200
300
400
500
600
A
B
C
D
E
F
G
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Retención
A
B
C
D
E
F
G
0
5
10
15
20
25
30
35
40
Retención real
A
B
C
D
E
F
G
H0
Absorción (kg/m3) H
Retención
(Kg/m3) H
Mayor absorción y retención en los
tratamientos con baño caliente-frío (C y
F) y vacío-presión a temperatura
ambiente, presión de 360 minutos (G) y
de 720 minutos (H).
Retención real
(Kg/m3)
H
Trat. A(kg.m-3) Rn (kg.m-3) Ra(kg.-3)
A 119,72 a 8,98 a 7,98 a
B 145,64 a 10,92 a 9,71 a
C 405,04 c 30,38 c 27,00 c
D 152,32 a 11,42 a 10,15 a
E 153,96 a 11,55 a 10,26 a
F 556,76 d 41,76 d 37,12 d
G 322,44 b 24,78 b 21,50 b
H 424,20 c 32,82 c 28,28 c

16. RESULTADOS DENSIDAD
APARENTE NORMAL
440
460
480
500
T
A
B
C
Tratamientos Dn (kg.dm-3)
Testigo 0,43 a
A 0,45 abc
B 0,46 ab
C 0,48 bc
380
400
420
440
Densidad (kg/m3)
C
D
E
F
G
H
C 0,48 bc
D 0,44 ab
E 0,49 bc
F 0,50 c
G 0,44 a
H 0,44 a
Aumento de la densidad hasta un 16 % (C, E y F).
Densidad relacionada con propiedades físicas, mecánicas y aptitud
de uso.

17. RESULTADOS DE
ABSORCIÓN DE AGUA
50
60
70
80
90
T
A
B
C
D
0
10
20
30
40
24 HS 48 HS 168 HS 360 HS
D
E
F
G
H
Diferencia significativa entre todos los tratamientos y el testigo
Valores similares a los encontrados con Metacrilato de metilo en
madera de álamo a las 368 hs, 44,21%

18. RESULTADOS DE DUREZA JANKA
TRANSVERSAL
25
30
35
40
T
A
B
C
Tratamientos Dureza Tr. (N.mm-2)
TESTIGO 29,77 a
A 32,34 ab
0
5
10
15
20
25
Dureza Tr. (N/mm2)
C
D
E
F
G
H
A
B 32,22 ab
C 39,44 d
D 31,60 ab
E 36,38 cd
F 34,30 bc
G 31,36 ab
H 33,07 bc
Aumentos en todos los tratamientos
Aumentos de hasta 32% (tratamiento
C)

19. RESULTADOS DE DUREZA JANKA
TANGENCIAL
20
25
30
35
T
A
B
C
Tratamientos Dureza Tg. (N.mm-2)
TESTIGO 27,42 cd
A 23,64 abcd
0
5
10
15
20
Dureza Tg. (N/mm2)
D
E
F
G
H
A 23,64 abcd
B 27,44 bcd
C 22,96 ab
D 25,05 abcd
E 34,54 e
F 29,64 de
G 21,38 a
H 24,86 abcd
Comportamiento no uniforme
Aumentos de hasta 25% (tratamiento E)

20. RESULTADOS DE DUREZA JANKA
RADIAL
20
25
30
35
T
A
B
C
Tratamientos Dureza Rd. (N.mm-2)
TESTIGO 24,90 ab
A 23,64 ab
0
5
10
15
20
Dureza Rd. (N/mm2)
C
D
E
F
G
H
A 23,64 ab
B 23,94 ab
C 23,94 ab
D 24,74 ab
E 33,74 c
F 26,76 b
G 21,31 a
H 25,66 ab
Comportamiento no uniforme
Aumentos de hasta 35% (tratamiento E)

21. RESULTADOS DE DUREZA JANKA
CON Y SIN ESTUFA
200
250
300
350
400
450
500 ASE
ACE
BSE
BCE
CSE
CCE
DSE
DCE
ESE
0
50
100
150
200
D. Trans. Kg/cm2
ESE
ECE
FSE
FCE
GSE
GCE
HSE
HCE
Aumentos de hasta 68% (C,D, E y F)
Mejor cristalización del silicato luego de estufa

22. RESULTADOS ANATOMÍA
Depósitos compactos y granulosos
sobre los diferentes elementos
anatómicos
Viscosidad y Ph del impregnante

23. CONCLUSIONES PARTE II
Se lograron aumentos de densidad y dureza transversal, en el orden del
16 y 68% , respectivamente.
Con MEB, se observó una distribución uniforme del impregnante en todo
el tejido en una capa superficialel tejido en una capa superficial
Se logró una disminución significativa en la absorción de agua en todos
los tratamientos
Los mejores resultados se obtuvieron por los tratamientos baño caliente-
frío y Bethell a temperatura ambiente

24. CONCLUSIONES FINALES
Es posible la incorporación de dióxido de silicio, sodio, potasio y boro en
la madera de Pino ponderosa
Los valores de absorción de agua presuponen una mejora importante en
la impermeabilización del material
Las mejoras logradas en las características naturales de la madera,
potencian el uso de la madera impregnada con silicatos, para pisos y
muebles
El aumento del valor de densidad aparente normal de la madera,
presupone una mejora en la mayoría de las propiedades físicas y
mecánicas.

25. MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCIÓN!!!
Ingeniera Forestal María Mercedes Refort
e-mail de contacto: mmrefort@gmail.com