defectos de las maderas
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defectos presentes en las maderasTRANSCRIPT
Estructura a nivel microscópico.
Composición química y molecular de la madera.
La composición química de la madera es, por lo general, igual en todas las especie leñosas
existentes. Este material contiene, aproximadamente, 50% de carbono, 6% de hidrógeno, 43 % de
oxígeno y 1% por nitrógeno y elementos minerales. Estos elementos se agrupan para formar los
componentes primarios de la pared celular: celulosa, hemicelulosa y ligina; y los componentes
secundarios: estratos. (Zanni, 2008). En el Cuadro # se muestra información general sobre cada
uno de estos componentes. Más adelante se explican más detalladamente cada constituyente
molecular de la madera.
Cuadro #. Composición molecular de la madera (Saccarello, 2010).
Componente Peso (%) Estado polimétrico
Derivados moleculares
Función
Celulosa40-50
CristalinoMuy orientado
Grandes moléculas
Glucósidos Fibra
Hemicelulosa 20-25Semi-cristalinoMoléculas más
pequeñas
GalactosaManosaXilosa
Matriz
Lignina 25-30AmorfoGrandes
moléculas 3-DFenil propano Incrustante
Extractos 0-10
Algunos polimétricoAlgunos no- polimétricos
Ej: Terpenos, Polifenoles
Extractos
Componentes primarios
A continuación se describen cada uno de los componentes moleculares primarios de la madera:
Celulosa:
Químicamente se define como C6H10O5. Es un polímero lineal insoluble en agua, formado por
unidades de celobiosa. La celobiosa es un disacárido formado por dos moléculas de glucosa, se
forma un enlace entre el carbono uno, de una molécula de sacarosa, y el carbono cuatro de la otra
molécula de sacarosa. Presenta un enlace tipo beta – 1,4 tal como se muestra en la Figura #.
Estas estructuras se unen para formar una larga cadena lineal del polímero de celulosa. (Arroyo,
Goméz, Peña & Tapia, 1988). Esta se encuentra en forma de filamentos o cadenas largas y
delgadas. El grado de polimerización de la celulosa varía considerablemente dentro de la misma
molécula. Los enlace presentes en la cadena de celulosa, tanto en el anillo interno de la glucosa
como entre los distintos anillos de la cadena molecular, es covalente. Este tipo de enlace y la
disposición longitudinal contribuye a la resistencia que presenta la madera a la tracción axial.
(Saccarello, 2010). En estructura de la celulosa (ver Figura #) existe la presencia de grupos polares
como el –OH y –CH2OH, al ser el agua un compuesto polar, esta puede ser retenida por este
componente, lo que justifica el comportamiento higroscópico de la madera. Al presentar el agua
un dipolo, permite uniones con mayor fuerza, debido al pequeño radio atómico del H+ que le da la
posibilidad de tener un mayor acercamiento con la otra molécula. (Zanni, 2008)
Figura #. Estructura de la celobiosa (Arroyo, Goméz, Peña & Tapia, 1988)
Por medio de rayos X y técnicas de difracción electrónica, se ha podido identificar que la celulosa
cuenta con abundantes áreas de cristalinidad y de desorden. Las zonas cristalinas son conocidas
como cristales o micela, donde las moléculas de la celulosa se encuentran disputas de manera
paralela gracias a la presencia de puentes de hidrógeno (ver Figura #). Estos enlaces le
proporcionan propiedades cristalinas, rigidez y fortaleza a la pared, le suministran resistencia
contra las fuerzas de tensión además, hacen que la celulosa sea difícil de hidrolizar (inaccesible al
ataque enzimático. En las zonas desordenadas se encuentran más grupos –OH libres, por lo que en
estas zonas es donde hay mayor absorción de agua mediante puentes de hidrógeno con estos
grupos –OH (Nuffield, 1984). En el Cuadro # se muestra las propiedades de la celulosa que
aumentan y disminuyen, debido a la cristalinidad de la misma.
Hemicelulosa:
La hemicelulosa es la más compleja de los polisacáridos estructurales, está conformada por xilosa,
manosa y galactosa principalmente. El grado de polimerización y cristalización son bajas, contiene
entre de 150 a 200 unidades .Tiene como función contribuir a consolidar la integridad estructural
de la madera y su rigidez. Es decir, tiene la función de matriz, revisten las microfibrillas de la
celulosa y cristalizan con ella. Por lo tanto, la hemicelulosa forma cadenas que atan la
microfibrillas de la celulosa juntas creando una cadena cohesiva, o en otras palabras actúan como
un revestimiento resbaladizo que impide el contacto directo entre las microfibrillas. Estas se unen,
por debido de la hemicelulosa, ara formar las fibrillas elementales, siendo esta estructura muy
sólida. Al contener en su estructura el grupo –OH, como se muestra en la Figura #, son también
hidrófilas y adherentes a barnices que posean grupos polares. Esta característica también le
permite mantener la hidratación de las paredes jóvenes. (Saccarello, 2010).
Figura #. Cristalinidad de la celulosa: A) Zona de ordenación cristalina en las fibras de celulosa. B)
Puentes de hidrógeno entre las moléculas de celulosa que dan lugar a las zonas ordenadas.
(Nuffield, 1984).
Figura #. Cadena principal presente en la hemicelulosa. (Pabón, 2004).
Lignina:
Es un polímero amorfo y presenta ramificaciones, está compuesta de unidades de fenil-propano.
La mayor parte de este componente se encuentra en la pared celular, donde se encuentra
incrustada (ver Figura #). Su estructura no se ha podido determinar con exactitud, pero se ha
identificado la presencia de grupos –OH capaces de fijar el agua, aunque en proporción muy
pequeña. Por lo que, al ser prácticamente impermeable, su función principal radica en proteger
las partes hidrófilas, la celulosa y hemicelulosa, mecánicamente más débiles cuando están
humedecidas, dándoles rigidez y les proporciona su resistencia a la compresión, mientras que la
celulosa es la responsable de la resistencia a la tensión. (Zanni, 2008).
Figura #. Imagen representativa de la pared celular de la madera.
Extractos
Químicamente son terpenos, poli fenoles, grasa, ceras, hidratos de carbono. Son compuestos
orgánicos complejos presentes en algunas maderas. Corresponden a sustancias ajenas a la pared
celular y pueden ser extraídas de la misma por medio de procedimientos químicos para fine
comerciales. Algunos de estos son: las ceras, grasas, azucares, caucho y resinas. Siendo las dos
últimas las de mayor valor.
El duramen del tronco generalmente contiene estos extractos, proporcionando un durabilidad
natural por ser tóxicos para insectos y microorganismos (Saccarello, 2010).
Organización de la pared celular
Fibrillas elementales, microfibrillas y fibras.
Con el fin de brindarle a la madera una gran resistencia, este material es de características
fibriliar. Las fibrillas elementales corresponden a la unidad básica supermolecular de la estructura
fibriliar de la pared de la célula. La cual está formada por cuarenta moléculas de celulosa. Al estar
en presencia de este componente, como ya se mencionó anteriormente, cuenta con presencia de
zonas cristalinas y zonas desordenadas. La distancia entre las moléculas de celulosa dentro de las
fibras elementales es menor a 3 Å, considerando que el diámetro de la molécula del aguas es de
3,2 Å, explica el porqué las moléculas de agua no pueden penetrar las fibrillas elementales.
Al unir, aproximadamente, ocho fibrillas elementales se obtienen las microfibrillas. En esta
estructura el agua si puede penetrar, ya que la distancia entre las fibrillas elementales es superior
al diámetro del agua, es por esta razón que son susceptibles a hincharse. Al unir 1500 microfibrillas
se obtiene la fibra, las cuales están dispuestas longitudinalmente. Forman parte de las diferentes
capas de la pared celular junto a la hemicelulosa y la lignina (Zanni, 2008). En la siguiente Figura se
muestra la ultraestructura de la pared celular de la madera explicada anteriormente.
Figura #. Ultraestructura de la pared celular de la madera. (Nuffield, 1984).
Constitución de la pared celular
La pared celular está formada por:
Lámina central o pared intercelular: Formada mayormente por lignina y hemicelulosa, presenta
propiedades iguales en todas direcciones.
Pared primaria: Contiene pequeñas cantidades de celulosa, aproximadamente 5%, tiene grandes
cantidades de hemicelulosa y proteínas. Es una capa muy delgada y no tiene orientación
estructural particular. Las microfibrillas están unidas entre ellas al azar y no existe una resistencia
particular. Las microfibrillas se encuentran entrelazadas en esta pared, en la Figura # se muestra
este comportamiento.
Pared secundaria: Está constituida por celulosa con pequeñas incrustaciones de lignina. En esta
pared la microfibrillas si cuentan con una orientación específica, están orientadas de
paralelamente (ver Figura #). Presenta tres capas bien definidas: la exterior, media e interna. La
exterior corresponde a una capa delgada, formada por varias láminas en la que la microfibrillas de
cada uno están orientadas helicoidalmente en ángulos opuestos de 70° y -90° con el eje de la
célula. Con respecto a la capa media, se puede decir que es la más gruesa de las tres capas de la
pared secundaria. Esta capa no presenta cruces en la orientación de la microfibrilla, formando un
ángulo inferior de 30° con el eje de la célula. La capa interna es la más delgada, en algunas
ocasiones esta capa no se encuentra presente (Zanni, 2008).
Figura #. A) Pared primaria (MEB) y B) Pared secundaria (MEB) (Saccarello, 2010).
Comportamiento de los sustituyentes de la pared celular
Al considerar todo lo expuesto anteriormente, se puede afirmar que la celulosa es el componente
elástico en la pared celular y presenta gran resistencia a la tracción. Además, al ser los puentes de
hidrógeno una unión fuerte ya al estar presente entre las moléculas de celulosa, hacen de esta el
principal componente estructural. Esto provoca que las zonas cristalinas de las fibrillas
elementales sean impenetrables por las moléculas de agua.
Por otra parte, la hemicelulosa al poseer una menor longitud de cadena provoca que sea menos
importante que a celulosa. Mantiene unidas las microfibrillas, como consecuencia se evita la
formación de grietas en la célula de la pared provocadas por esfuerzos sometidos a la madera. Por
ejemplo, torsión, flexión o compresión. Estos se debe a enlaces covalentes entre la lignina-
hemicelulosa y hemicelulosa-celulosa.
Considerando la estructura fibriar de la celulosa, la lignina cumple la función de cementar las
microfibrillas. Su presencia hace que estas trabajen en conjunto en el interior de la pared celular.
En el caso que no se cuente con este constituyente, las microfibrilas actúan por separado
provocando una disminución en la resistencia. También, la lignina es un protector de la hidrófila
celulosa, por lo que mitiga la considerable disminución de la resistencia de esta última al absorber
agua que actúa como lubricante entre las microfibrillas. En síntesis, la lignina: da resistencia a la
compresión, disminuye la higroscopicidad y le da rigidez a la estructura fibrilares de la célula
(Zanni, 2008).
Defectos de las maderas
Los defectos en las maderas son alteraciones que modifican su aspecto, la integridad de sus
tejidos, sus membranas celulares y la regularidad de su estructura. Se pueden clasificar en
degradaciones primarias, son las que se producen en el propio ciclo de vida, y las degradaciones
secundarias, generadas por factores externos (Zanni, 2008). Independientemente del tipo de
defecto que cause la imperfección, es importante conocer las irregularidades que afectan este
material, debido a que sus propiedades físicas, químicas y mecánicas se ven afectadas por las
mismas.
Degradaciones Primarias
Nudos
Corresponden al defecto más común en la madera. Se producen por la inserción de las ramas, que
en su zona de implante se da una desviación de la orientación de las fibras, generando que estas
se encuentre en dirección perpendicular al eje del árbol. Esto provoca que se modifique el aspecto
exterior de la madera, la homogeneidad de su estructura, y la integridad de este material. Los
nudos pueden clasificarse en:
Adherente: también llamado nudo vivo. En este tipo existe una ligazón entre los tejidos de la rama
que forman el nudo y el árbol. Es decir, existe una continuidad entre los tejidos del nodo y el
xilema (ver Figura #).
Saltadizo: también llamado nudo muerto. No existe ligazón alguna entre las fibras de la rama y el
árbol. Es decir, no hay continuidad entre los tejidos del nudo y el tronco. Es por esta razón que se
desprenden con facilidad (ver Figura #).
Nudo sano: cuando la madera no presenta rasgos de pudrición ni deterioro.
Nudo vicioso o enfermo: Corresponde al nudo cuya madera ha empezado un proceso de
putrefacción.
Como se mencionó anteriormente, en un nodo existe una falta de continuidad en las fibras por lo
que, si se trabaja a tracción, se va a ver influenciado por esta degradación ya que la madera
absorbe este tipo de esfuerzo por el trabajo solidario de todas las fibras (Zanni, 2008).
Figura #. Esquema de dos tipos de nudos en la madera: A) Adherente y B) Saltadizo (Araujo,
Azueta & Chan, 2002)
Excentricidad del corazón
Esta degradación ocurre cuando la anchura del crecimiento de los anillos se genera de forma
desigual dentro de una misma capa, repitiéndose este comportamiento a lo largo de los años. Este
no es un defecto importante, pero si presenta consecuencias. Una de ellas conlleva realizar un
esfuerzo disimétrico, lo cual obliga al árbol a producir un tipo de fibras diferentes de lo normales,
cuyas características están encaminadas a resistir el esfuerzo a que da lugar esta disimetría
decorativo (Martínez & Vignote, 2006 ). En la Figura # se ilustra este defecto.
Figura #. Excentricidad del corazón (Martínez & Vignote, 2006)
Fibra torcida
Este tipo de defecto consiste en una disposición desordenada de las fibras de la madera, donde las
externas crecen más que las internas por lo que, forman helicoides. El mismo se produce porque
las fibras no crecen en forma paralela al eje, sino en forma de hélice (ver Figura #). Dado que la
madera resiste muy bien los esfuerzos en dirección de la fibra y muy mal los esfuerzos de forma
perpendicular a la fibra, la fibra torcida trae una disminución de la madera en sentido axial
(Martínez & Vignote, 2006).
Figura #. Defecto en madera, fibra torcida (Martínez & Vignote, 2006)
Fibra entrelazada
Al igual que en la fibra torcida, estas no crecen de forma paralela al eje del árbol, sino que crecen
como un trenzado irregular. Una de las razones de su origen lo justifica un cambio acentuado de
dirección en la capa cambial o alguna herida en el árbol (por ejemplo las verrugas que son una
acumulación de gran nuero de yemas durmientes en una zona de la superficie del árbol). En
algunas maderas el efecto de la luz, da un gran valor decorativo (Martínez & Vignote, 2006).
Figura #. Madera con defecto en las fibras: A) en trazas con fibra entrelazada y B) aspecto de la
madera con fibras entrelazadas (Martínez & Vignote, 2006).
Fibra ondulada
Las fibras siguen una trayectoria paralela al eje del árbol, pero de forma ondulada. Puede
aparecer en una zona del tronco o en su totalidad. Si aparece sólo en una zona, es frecuente en
árboles con bifurcación. Si aparece en su totalidad, es un defecto característico de la especie
(encina en todos los individuos. Sólo en algunos pies: haya, chopo, abedul). Efectos: repelo en las
operaciones de cepillado, fresado y torneado. Se considera una cualidad porque es apreciado para
muebles y decoración (Martínez & Vignote, 2006).
Figura #. Madera con defecto en las fibras: A) en trozas con fibra ondulada y B) aspecto de la
madera con fibra ondulada (Martínez & Vignote, 2006).
Degradaciones Secundarias.
Como se mencionó anteriormente, estos defectos son los generados por factores externos. Tales
como: bacterias, organismos xilófagos, vertebrados terrestres. En el caso de las bacterias, son
menos frecuentes en el proceso de deterioro de la madera. Sin embargo, existen ciertas bacterias
capaces de degradar los elementos estructurales de la misma (celulosa, hemicelulosa y lignina),
por ejemplo la Pseudomonas y Achromobacter. Estas empiezan erosionando la pared celular,
atacando la pared secundaria de la misma, alterando la permeabilidad y estimulando el desarrollo
de otros microorganismos.
En cuanto a los insectos xilófagos tienden a destruir la estructura de la madera, mediante
perforaciones en la misma. La aparición esporádica de insectos no causa problemas en la madera.
Sin embargo, si se toma en cuenta su capacidad de reproducción, puede tornarse peligroso. Entre
estos insectos se puede mencionar: mariposas, polillas, escarabajos, hormigas blancas (causantes
un daño muy grandes en las maderas tropicales y subtropicales), etc (Zanni, 2008).