Conservación de la madera en el patrimonio cultural

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014)

Instituto Superior de Arte

LA CONSERVACIÓN DE LA MADERA EN EL PATRIMONIO CULTURAL Raquel Carreras Rivery

La Habana, febrero del 2014 1

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) INTRODUCCIÓN La madera es un material heterogéneo. Existen elementos químicos y sustancias bioquímicas que se combinan y forman las paredes de las unidades básicas (células) que la constituyen y otros que están incluidos en los espacios libres que hay dentro y entre las células. Hay componentes fundamentales muy comunes en todas las maderas pero otros que se diferencian e incluso las caracterizan. También las maderas difieren en su estructura por la composición y distribución de los diferentes tipos de células, por lo cual es importante antes de tratarla, conocer como esta constituida internamente la pieza. Las maderas están sujetas a cambios con el medio en que se encuentra. De por sí es un material higroscópico, es susceptible a la acción de la luz ultravioleta, a los rayos infrarrojos y a la biodegradación, por lo que en muchas ocasiones es necesario intervenirlas químicamente para poder conservarlas. Cuando se habla de conservación de la madera en el patrimonio cultural, se consideran todas aquellas maderas que están presentes en los bienes muebles e inmuebles, por tanto, el tratamiento a seguir en muchos casos es marcadamente diferente. No se trata una escultura policromada como una viga, ni un objeto arqueológico como el pie derecho de una de las mansiones de la Habana Vieja, por tanto, se señalaran en cada caso las afectaciones mas frecuentes al material y se plantearan algunos criterios de cómo se podrá resolver en ambos casos. Dada la escasez de un material que compile la mayor información posible para cumplimentar los objetivos del curso sobre conservación de la madera, que se imparte anualmente en la carrera de Conservación y Restauración de Bienes Muebles, el presente manual tiene como objetivo introducir a los alumnos y a todos aquellos que trabajan en la preservación , en los aspectos científicos que se deben considerar cuando se analizan las maderas y los que toman lugar cuando estas son tratadas con productos químicos, con la finalidad de optimizar este complicado proceso, conocer las posibles ventajas y desventajas de los diferentes compuestos utilizados y de los métodos empleados. La información que se expone es producto de una intensa revisión bibliográfica, de las páginas Web en Internet y de la experiencia personal. Espero que este trabajo ayude a la comprensión de este complejo pero interesante soporte y brinde pautas para la eficiente intervención de nuestro Patrimonio Cultural de madera. Dra. Raquel Carreras Rivery La Habana, marzo del 2014

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1. CONCEPTO DE CONSERVACIÓN Y MADERA TRATADA. La conservación esta basada en el conocimiento de la ciencia de los materiales que están presentes en los objetos culturales y en la investigación sobre cómo estos materiales interactúa con el medio ambiente que le rodea. Usando este conocimiento es posible prevenir o reducir marcadamente los daños e incluyen técnicas preventivas y/o interventivas.

Para comenzar podemos observar la fotografía anterior en al que se observan objetos arqueológicos que han sido expuestos sin tener en consideración algunos elementos que pueden deteriorar rápidamente la madera, como la incidencia de la radiación solar durante varias horas del día, que conlleva a cambios drásticos de temperatura y humedad provocando contracciones y dilataciones de la madera, además del propio efecto que la fracción UV de ella que puede ocasionar perdidas de coloración y desfibramiento de la madera. Otro aspecto que tienen estos objetos a considerar es que sus maderas están envejecidas y por tanto, su degradación será acelerada respecto a las maderas actuales Evitarlo es poco costoso y en este caso el desconocimiento, fue la causa fundamental del deterioro que actualmente presentan las piezas. Un prerrequisito para la conservación es conocer a fondo la estructura, los posibles agentes de descomposición y propiedades del material del cual esta constituido el objeto y los materiales (solventes, resinas, adhesivos, consolidantes, etc.) que se pueden usar siempre que se cumplan los principios éticos establecidos. La ciencia analítica ayuda notablemente a este entendimiento. 3

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Pieza arqueológica que muestra grietas transversales en la madera Para algunos usos, la madera natural presenta complicaciones, sobre todo frente a la degradación biológica, física y ambiental, por lo que desde tiempos remotos, la madera viene siendo tratada (o modificada) con compuestos diferentes, desde sustancias naturales hasta los plásticos de la actualidad. La madera también es modificada por la naturaleza, ya sea por interacción de sus compuestos con sustancias minerales u orgánicas del medio como por organismos biológicos. Si bien en algunos casos conlleva a la degradación, en otros logran cambios sustanciales de su apariencia que se han usado para ornamentar desde épocas tempranas y otras han perdurado a través de miles de años como en el caso de las maderas fósiles donde todas las sustancias orgánicas han sido sustituidas por sales inorgánicas que lentamente se infiltraron en la estructura manteniendo la forma intacta.

Tronco de madera de palma fósil (Camagüey, Cuba) En los bienes culturales podemos encontrar casos representativos de lo antes comentado como la presencia de maderas verde-azul en la marquetería del siglo XV ( casos del Estudiolo palacio Ducal de Gubbio, la nueva sacristía de la catedral de Florencia, etc.) en los cuales la madera usada con ese color no proviene de una especie cuya coloración original haya sido esa verde-azul, ni de tintes aplicados, sino que se ha demostrado, por estudios científicos, que de la acción de un hongo identificado dentro del genero Chlorociboria y que se presenta en estas obras en maderas de álamo (Populus sp.), así como las madera de 4

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) roble (Quercus sp.) ebonizada naturalmente, han sido producto de estar enterradas en suelos cenagosos ricos en hierro y que según se refiere, es producto de la interacción del hierro presente en el suelo con los ácidos tánicos que contiene la madera. Esto mismo se observa en vigas de roble y de pino provenientes de pecios (embarcaciones hundidas).

Marquetería de Puerta Alemana del Monasterio de El Escorial, Madrid (2010) Muestras de madera de Álamo (Populus sp.) infestada por un hongo manchador y que era conocida y utilizada en marquetería desde el siglo XV en Europa. Detalles de la infestación vista en corte transversal en el microscopio óptico.

Roble ebonizado usado en la marquetería de puerta alemana de El Monasterio de El Escorial, Madrid (2010). En la actualidad aun se comercializa su madera para estos efectos en algunos países de Europa como Alemania.

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Maderas sumergidas que presentan coloracion negruzca. Muestra microsc´opica de una de ellas identificada como de roble Otras maderas enterradas no han seguido la misma suerte, dependen mucho de la calidad de estas y de los elementos y condiciones del sitio en que se encuentren. Las maderas anegadas en agua dulce o de mar sufren modificaciones al sustituirse todo el espacio que ocupa el aire en su interior por agua, lo que facilita, con el tiempo, la degradación de sus componentes (fundamentalmente de la celulosa) que son sustituidos por el agua, produciendo un hinchamiento anormal que en condiciones de menor humedad, puede colapsar por todas las tensiones a que están sometidas. Sobre este tema se esta desarrollando toda una especialidad y muchos de los tratamientos que se exponen en este documento están en función de solventar las necesidades de su conservación.

Madera de otro pecio. Cabo de cuchillo de madera de guayacán. Aspecto desfibrado de la madera Observado en el microscopio óptico de la zona del interior centro La modificación o tratamiento artificial a la madera se realiza, por lo general, con el objetivo de prolongar su vida útil. El proceso tiene su mayor énfasis en los tratamientos químicos, en el cual la madera es tratada con sustancias que pueden reaccionar con los componentes de ella y en otros casos principalmente, llenando los espacios vacíos que encuentran en el tejido y las paredes celulares. Para comprender estos procesos, es necesario primeramente conocer como esta constituida la madera y como pueden modificarla estas sustancias. 6

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) 2. GENERALIDADES SOBRE LA MADERA

Árbol de Caoba :Swietenia mahagoni Jacq. (Meliaceae) y su madera

La madera o xilema (el término botánico xilema significa madera), es el tejido leñoso de los vegetales superiores que conduce agua y sales inorgánicas por toda la planta y proporciona también soporte mecánico. El xilema formado a partir de los puntos de crecimiento de tallos y raíces se llama primario. Pero además, la división de las células del “Cambio”(cambium), situado entre el xilema y el floema, puede producir nuevo xilema o xilema secundario; esta división da lugar a nuevas células hacia el interior y el exterior del tronco en las especies leñosas. La madera es un material heterogéneo compuesto por varios tipos de células que cumplen diferentes funciones en el árbol cuando éste vive. La madera de cada especie está caracterizada por ciertas particularidades de naturaleza y disposición de las células que la constituyen. Como todas las plantas verdes, los árboles fabrican en sus hojas las sustancias para su crecimiento mediante el proceso de fotosíntesis. Esta es una reacción química compleja en la que obteniendo de la luz solar la energía necesaria, el dióxido de carbono del aire se combina con el agua absorbida del suelo para formar azúcares. Esta reacción requiere clorofila, sustancia verde que da ese color a las hojas. El dióxido de carbono pasa directamente a las hojas a través de unas aberturas llamadas estomas, pero el agua debe realizar un recorrido desde el suelo hasta el lugar donde ocurre la reacción química, las hojas. El agua entra a la planta por las raíces mediante un proceso de ósmosis (flujo de agua que se forma de una solución de baja concentración de sales como la que existe en el suelo a otra de alta concentración de sales como la que existe en las células de las raíces). La savia bruta (que no es más que el agua con las sales minerales) fluye a través del xilema hasta alcanzar la cima del árbol donde se encuentran las hojas. Después de ocurrida la reacción química, los azúcares pasan en la savia elaborada a través de la corteza interna o floema por unos conductos llamados vasos floemáticos para distribuirse en 8

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) forma de disolución por la planta y ser utilizada inmediatamente o tras un período de almacenamiento para formar nuevos tejidos. La nueva madera es formada por una capa especializada de células llamada cambium que está situada entre el floema y el xilema. El cambium rodea las partes vivas del árbol y sus células se dividen dando lugar a nuevas células leñosas (de madera) hacia la cara interna y nuevas células floemáticas hacia la cara externa. De esta forma, la madera nueva se superpone a la madera ya presente, es funcionalmente activa y se denomina albura. La madera más antigua, que ha sido desplazada hacia el interior del tronco, muere, y el contenido de sus células sufre transformaciones químicas que en muchos casos oscurecen la madera dando lugar al duramen.

Dibujo tomado de Enciclopedia Británica .Anatomía del tronco. Partes diferentes que componen el tronco desde la médula hacia la corteza : 1 medula, 2 Duramen , 3 Albura, 4 Cambium, 5 Floema, 6 Corteza.

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.Sección transversal del tronco vista al microscopio óptico con doble tinción: xilema (Rosado) y floema (azul) producidos por división del cambium. Obsérvese su constitución a partir de células con paredes bien definidas

La madera o xilema, tiene otras funciones importantes: proporciona a la planta la resistencia mecánica necesaria para soportar el peso del follaje para lo cual existen células especializadas llamadas fibras leñosas y traqueidas; Otras almacenan las sustancias nutritivas que producen las hojas y son las llamadas células parenquimatosas. En muchas maderas se distinguen una sucesión de anillos concéntricos llamados anillos de crecimiento. Esto ocurre cuando durante el período vegetativo (de crecimiento), las condiciones son más o menos favorables para ello y la producción de madera se comporta como tal. En el caso de los países templados, donde existe marcada diferencia en los períodos estacionales, esta huella queda grabada en la madera que produce el cambium. En los países tropicales, donde el período vegetativo corresponde a todo el año, el crecimiento es intensivo y en muchas ocasiones no se pueden apreciar estos anillos; otros son ligeramente visibles y en otros casos, están marcados genéticamente. Al respecto existe una polémica: ¿Corresponden o no al período comprendido en un año? Estudios recientes en algunas especies de Guyana reportan que sí; Otros plantean la creación de falsos anillos según los períodos de lluvia o seca.

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Madera de roble europeo La evolución de las plantas terrestres comenzó hace 430 millones de años. Las primeras plantas con semillas fueron las Gimnospermas, que siguieron desarrollándose hasta que en el período Cretácico constituyeron la forma dominante de las plantas vivientes, sin embargo, un gran número de cambios climatológicos fueron eliminándolas para dar surgimiento a las plantas con flores, las Angiospermas, en los últimos 135 millones de años. A estos cambios evolutivos en la morfología de las plantas, correspondieron cambios en la estructura de la madera, diferenciándose por tanto los tejidos que componen las diferentes especies vivientes de estos dos grandes grupos botánicos. Los vegetales leñosos comercialmente maderables, se encuentran entre las Gimnospermas y Angiospermas. De las Gimnospermas, las especies incluidas en el orden Coniferales, tienen interés a escala comercial, por lo que se explica la denominación de Madera de coníferas. El gran grupo de las Angiospermas se divide en Monocotiledóneas y Dicotiledóneas. En las primeras se encuentran representantes arbóreos como la Palma y el Bambú, pero sus troncos, aún siendo utilizados para resolver problemas locales, no brindan madera del tipo normal debido a la composición y disposición de sus elementos constitutivos. Las Dicotiledóneas, grupo heterogéneo que incluye las herbáceas y vegetales leñosos (arbustos, árboles y lianas) son el origen de las Madera de frondosa o latifolias del comercio.

2.1 PRINCIPIOS GENERALES DE LA ANATOMIA DE LA MADERA. Para poder analizar una madera se necesita tener acceso a ella, o sea, estudiarla físicamente para poder conocer tantos sus propiedades como su identidad y características. Para una madera que conforma aprte de una estructura arquitectónica, refrescar con un bisturí la pieza no es gran problema, pero si la madera que se desea reconocer es el soporte de una escultura policromada, entonces se complica la situación. Generalmente se intenta comenzar a trabajar de la siguiente forma: A/ DESCRIPCIÓN MACROSCOPICA. 11

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) Dentro de esta descripción se toma en consideración los caracteres estéticos de la madera como son el color y si existe diferencias entre el color de la albura y el del duramen en el caso de que estos se muestren en la pieza que se estudia; La presencia o no de anillos de crecimiento, el tipo de textura que posee la madera, si el "hilo" (O sea, la dirección de las fibras respecto al eje axial del tronco) es recto o no. También es de gran ayuda considerar algunas propiedades físicas como densidad (peso/unidad de volumen) y dureza (tratando de hincar la uña se puede tener una idea de su resistencia).

¿CÓMO HACER UNA OBSERVACIÓN MACROSCÓPICA? Una lupa es absolutamente necesaria; un aumento de diez veces dará un campo de visión no muy pequeño y que permitirá la observación de las estructuras. Un instrumento cortante (lo ideal es un bisturí quirúrgico) también es necesario. El objetivo es obtener una superficie lo suficientemente limpia sin deformar los elementos constitutivos de la madera. Esto debe realizarse en los tres planos fundamentales para el estudio de las maderas corrigiéndose la dirección. Dichos planos se obtienen considerando el eje axial del tronco.

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Sección transversal: En ella se pueden observar las zonas o anillos de crecimiento; la presencia o no de poros (Que no son más que los vasos leñosos vistos en sección transversal) y su patrón de distribución; El tipo de parénquima axial (Células de reserva que se orientan en esta dirección), si rodea o no a los poros y de qué forma lo hace.

Sección tangencial : En dicha sección se observan los radios leñosos o medulares, que están generalmente compuestos por células del parénquima (Células de reserva), que según su disposición pueden ser estratificados (Cuando se encuentran alineados) o no estratificados (Irregularmente dispuestos).

Sección radial: 13

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) No tiene importancia en la observación macroscópica pues en ella no es posible distinguir los elementos que allí se exponen.

Biblioteca del Monasterio de el Escorial, España. Análisis de las maderas que componen el mobiliario original. Estas fotografías fueron tomadas con un microscopio digital de luz incidente, acoplado a una microcomputadora portátil. Gracias al mismos e ha podido estudiar muchos elementos del patrimonio cultural de los cuales nos e han podido sacar muestras. Se necesita, por supuesto, orientar bien al madera y tener una superficie limpia para poder visualizar los caracteres anatómicos.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) SECCIONES MICROSCÓPICAS: CORTES ANATÓMICOS PARA MICROSCOPÍA DE TRASMISIÓN TECNICAS PARA HACER UNA OBSERVACIÓN MICROSCÓPICA Una lupa es absolutamente necesaria; un aumento de diez veces dará un campo de visión no muy pequeño y que permite la observación de las estructuras. Un instrumento cortante (cuchilla de doble filo o bisturí) también es necesario. El objetivo es obtener una superficie lo suficientemente limpia sin deformar los elementos constitutivos de la madera y observar cómo estos se distribuyen en ella. Esto debe realizarse para los 3 planos que dan lugar a las secciones fundamentales: Transversal, tangencial y radial Hay aspectos importantes a cumplir para la identificación de la madera: la selección del área de la muestra, la muestra en sí y la visualización de los caracteres anatómicos.

Observación de secciones transversales con lupa. Alicante-Valencia, España Las muestras se seccionan con un Micrótomo o bien manualmente. El Micrótomo tiene dos desventajas para las maderas: toma de tiempo en la preparación y la madera debe estar dura y en proporciones abundantes para poder seccionarla. Cuando esto no es posible, se pueden incluir en parafina, algún tipo de resina o por congelación de agua, que permita darle la rigidez necesaria para obtener buenas secciones anatómicas.-

Micrótomo de congelación y observación de muestra de pilote en IVALSA Florencia, italia A mano los cortes no salen tan uniformes pero son más fáciles de tomar. Cuando la madera está muy deteriorada o blanda, la mejor forma es tomarlos con cuchillas de doble filo para que sean más flexibles.

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Obteniendo cortes anatómicos a mano, con un bisturí, de una escultura para identificarla madera Las muestras se montan en portaobjetos temporal o permanentemente. Cuando se hacen temporalmente, puede usarse como medio agua o glicerina o una mezcla de ellas, pero cuando se hace permanente, se debe usar una resina como el tradicional Bálsamo de Canadá, Euperal, Resina de Coumaruna u otras termoplásticas que se comercializan en la actualidad. Cuando se usan las resinas como medio de inclusión, lo ideal es poder deshidratar las láminas de madera tomadas para que se visualicen claramente las estructuras, y para ello se usa el alcohol en varias gradaciones hasta el estado mas puro o la acetona, y después se aclaran las muestras con xileno y se incluyen en el portaobjeto con la resina que debe secarse antes de ser manipulada para que la muestra no se corra de lugar y no manchar los lentes de los microscopios. También se usan en ocasiones colorantes para visualizar mejor las estructuras. El microscopio electrónico de barrido debe usarse cuando el poder de resolución del microscopio óptico no brinda los detalles que se buscan, es una herramienta magnifica cuando hay fragmentos pequeños y frágiles que analizar y también tiene muchas posibilidades de analizar tridimensionalmente una madera debido al incremento de profundidad del campo y a la facilidad de fotografiarlo.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) Sección transversal: Se observan los poros y los radios leñosos en la madera, así como el parénquima axial.

Dirección radial: Coincide con el radio medular; Se coloca sobre ella el instrumento cortante y se hace descender para obtener la sección radial

Dirección tangencial: Es perpendicular a la dirección radial; Se coloca sobre ella el instrumento cortante y se hace descender para obtener la sección tangencial Fotografía 1- Corte transversal de una madera caoba (latifolia) donde se señalan las direcciones que deben seguir los cortes en la madera para obtener las secciones tangenciales y radiales.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) Los elementos que constituyen la madera: Como ya se ha explicado con anterioridad, la madera está constituida por diferentes células que forman los tejidos y que se agrupan en dos tipos: 1. -Prosenquimatosos: Formados por células alargadas, firmemente unidas por sus extremos puntiagudos, con sus paredes engrosadas. Su función principal es la de conducción y resistencia. Entre ellos están los vasos leñosos, las fibras y las traqueidas. 2. -Parenquimatosos: Constituidos por células más o menos isodiamétricas de membranas finas. Su función principal es la de almacenamiento y de conducción de hidratos de carbono. Pertenece a este grupo las células del parénquima axial y radial.

Foto. 2. - Sección tangencial de madera de latifolia: Vasos, Fibras y Parénquima radial;

Foto. 3.- Sección radial de madera de latifolia: Parénquima radial, vasos, fibra

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) DIFERENCIAS FUNDAMENTALES ENTRE LAS MADERAS DE CONÍFERAS Y LATIFOLIAS

(Tomado de Cites) A simple vista o con una lupa de pocos aumentos, es fácil distinguir en una superficie transversal limpia, si una madera es de conífera o de latifolia, ya que las primeras no presentan poros mientras que las segundas sí. Sin embargo, a continuación se indicarán cuatro puntos principales para ser identificadas cuando disponemos de aumentos mayores: 1.- Las coníferas carecen de vasos (poros en sección transversal), mientras que las latifolias lo poseen (De ahí también se nombran madera porosa). 2.- La estructura de las latifolias es mucho más compleja que la de las coníferas al poseer células especializadas para cada función. 3.- Las frondosas o latifolias poseen en su constitución mayor cantidad y formas de presentar el parénquima, aunque existen excepciones. 4.- Los radios leñosos de las latifolias varían más en anchura y altura mientras que las coníferas lo tienen por lo general uniseriados.

Maderas de coníferas: Poseen en su constitución traqueidas (que en el árbol vivo tiene doble función de conducción y sostén). Estas traqueidas se disponen longitudinalmente formando la mayor parte de la madera, aunque también pueden existir en los radios leñosos.

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Las traqueidas son elementos prosenquimatosos que poseen en sus paredes comunicaciones llamadas punteaduras areoladas. Este nombre lo lleva debido a un engrosamiento de la pared sobre esta abertura que da la idea de una areola. Dicha abertura posee una membrana llamada torus (Toro de la punteadura) y su función en la madera es regular el paso del agua para evitar un embolismo mientras sus células son funcionales. Una vez que esa fracción de madera deja de funcionar y comienza el proceso de formación del duramen los toros de las punteaduras se adhieren a la abertura obstruyéndola y por tanto, impidiendo el paso de los líquidos, razón por la cual, durante los procesos tecnológicos de preservación de la madera, se hace tan difícil preservar el duramen de las coníferas. Se pueden o no presentar canales resiníferos axiales y/o radiales. Estos canales resiníferos están tapizados por células del parénquima que segregan resina hacia su interior y conforman un sistema al comunicarse entre ellos facilitando la fluidez de la resina hacia la zona externa donde ocurra el daño en la madera, principio sobre el cual se basa la extracción de la resina de los pinos por incisión en la albura de los árboles. También puede presentarse parénquima axial, pero este último siempre muy escaso.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) De izquierda a derecha sección transversal e confiera que expone las traqueidas y a la derecha, maceración del tejido donde se observan las punteaduras u orificios de comunicación de las traqueidas El xilema de las especies más antiguas desde el punto de vista de la evolución, como los helechos y las coníferas, está formado por traqueidas.

Xilema de una conífera (Pinus sp.) con la presencia de canales resiníferos señalados por la flecha blanca y traqueidas que componen el 90-95% del tejido.

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Maderas de latifolias: Poseen poros (que son los llamados vasos vistos en sección transversal); Radios leñosos más complejos que en las coníferas, presentando diferencias en la composición y distribución de los mismos; Parénquima axial más abundante y con variados patrones de distribución y fibras que pueden ser de diversos tipos (libriformes, fibrotraqueidas y traqueidas vasicéntricas); Estas se diferencian entre sí por las punteaduras o comunicaciones que existen en ellas y que no se corresponden con las areoladas de las coníferas

Los elementos vasculares o vasos se presentan en las frondosas y son traqueidas especializadas cuyas paredes terminales están atravesadas por uno o varios poros; una serie vertical de elementos vasculares que forman un tubo continuo se llama vaso. Las fibras son traqueidas especializadas de pared muy engrosada que apenas realizan funciones de transporte y que sirven para aumentar la resistencia mecánica del xilema.

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De izquierda a derecha: Sección radial de (Lysiloma latisiliiqum) frondosa en la que se observa la superposición de los elementos vasculares. En la fotografía de la derecha sección transversal de la misma madera donde se observan fibras , los vasos y rodeándolos el parénquima axial. El radio leñoso se observa como una línea continua verde-azul En casi todas las angiospermas (plantas con flor), el xilema contiene también vasos y fibras bien desarrollados y abundante tejido de reserva que se conoce como parénquima.

Madera de frondosa (Pera bumeliaefolia, Euphorbiaceae) con la presencia de diferentes tipos celulares: vasos, fibras, radios y parénquima axial

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) 3. NATURALEZA FISICA Y FUNCIONAL DE LA MADERA. Para muchas aplicaciones de la madera es importante conocer cual es el rol y función de su estructura y composición química. Como todo organismo vegetal, la madera esta compuesta de células que se caracterizan por poseer pared celular. Esta pared celular esta compuesta de micro fibrillas de celulosa. También la pared celular tiene en su composición presente las hemicelulosas que se encuentran entre las micro fibrillas. Ellas tienen cierto grado de orientación pero son menos cristalinas que la celulosa. Lignina, proteínas, materias inorgánicas, aire y especialmente agua ocupan el resto del espacio. La arquitectura de la pared celular presenta muchos de esos espacios y es un esquema general que se presenta en las plantas. Un esquema supramolecular de un fragmento de pared celular es:

Esquema general de la distribución de los elementos constitutivos de la pared celular: lignina y otros (amarillo); celulosa (blanco) y hemicelulosas (verde).Se puede plantear de la siguiente forma:  

 

La fase sólida cristalina y filamentosa de la pared esta compuesta exclusivamente de celulosa. Es impenetrable al agua y representa un 42% de su masa seca. La fase ínter penetrable sólida compuesta por un polímero amorfo (lignina) y otros polímeros paracristalinos de talla molecular variable (hemicelulosas) que crean una matriz de material en el que se embeben las micro fibrillas. Una fase tenue ínter penetrable de sólidos inorgánicos adicionados a la lignina y las hemicelulosas. La presencia de agua y aire dentro de la pared celular, que varia su proporción de acuerdo a la variación de la humedad del medio ambiente. Si hay poca agua presente, esta solo existe como agua de constitución y 24

PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) agua adsorbida donde las moléculas de agua están enlazadas por hidrógenos a la superficie de los carbohidratos y de las moléculas de proteína presentes. Si la madera esta húmeda o en condiciones extremas de humedad, puede tener agua libre presente que penetra e hincha también los espacios entre las micro fibrillas. El aire y los gases ocupan espacios en la madera no ocupados por sólidos ni sustancias liquidas. Sustancias como grasas, almidones, resinas, gomas, cristales inorgánicos y otros extractivos y proteínas no son componentes regulares en los espacios o unidades volumétricas de la madera pero existen en lugares específicos como inclusiones o depósitos. Excepto las proteínas y algunos extractivos, ellos se encuentran en el lumen celular y en los espacios intercelulares y no se consideran como componentes intrínsicos de la composición molecular de la pared celular. La naturaleza física-mecánica de la matriz en la que están embebidas las micro fibrillas esta compuesta de una desorientada o amorfa capa de varias moléculas de polímeros como la lignina y holocelulosas, con pequeñísimas cantidades de agua asociada a ella.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) 4. COMPOSICION QUIMICA DE LA PARED CELULAR. La madera es un material extremadamente heterogéneo y varia dentro de determinados limites su composición química, estructural y anatómica. La variación química de la pared celular entre especies es rara pero no desconocida. Dentro de cada parte del árbol (raíz, hoja y tallo) tiene diferencias en su constitución y en el tallo varía con al altura y con la distancia a la medula (la madera juvenil difiere de la madera de albura y duramen. La composición de la pared celular tampoco es igual en la pared de las traqueidas y la de las células de los radios. La región que ocupa la lamina media no tiene la misma composición que la que tiene la pared primaria y la secundaria, sin embargo se plantean contenidos generales como los que aparecen a continuación:

madera

Constituyentes minoritarios extraíbles

Solubles en diversos solventes orgánicos o extraíbles al vapor: Ceras, grasas, resinas

Constituyentes mayoritarios

Insolubles: sustancias minerales, proteicas pecticas

polisacáridos

ligninas

hemicelulosas

celulosa

4.1PRINCIPALES COMPONENTES QUÍMICOS DE LA PARED CELULAR:

1 2 3 4

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1.- Carbono (C): 49-50 %, 2.- Hidrógeno (H): 6%, 3.-Oxígeno (O): 44-45 %, 4.- Nitrógeno (N): 0,1-1%. Además, en pequeñas cantidades: Calcio (C), Potasio (K) y Magnesio (Mg) Principales compuestos orgánicos presentes en la pared celular:

1 2 3 4

1.- Celulosa 40-45 %, 2.-Hemicelulosa 15-35%3.-Lignina: 25-35 %, 4.Sustancias pépticas (muy escasa). 4.2 DESCRIPCIÓN DE LOS COMPUESTOS ORGÁNICOS DE LA MADERA: CELULOSA: Es el material orgánico más abundante en la naturaleza y principal componente de las plantas en términos de volumen y efectos. Compuesta solamente de glucosa que se polimeriza. Su fórmula general es: (C6H10O5 )n, donde n varía entre 5 000 y 100 000. Es un polímetro de cadena larga de la -D-glucosa unidas por enlaces 1’4 glicosidicos que forman como resultado la celobiosa, que repite sus unidades dando la cadena de celulosa.

Formula general de la celulosa señalando la unidad de celobiosa que se repite Su estructura polimórfica posee un alto ordenamiento en la región cristalina y de acuerdo a sus orígenes poseen mayor o menor grado de cristalización, por ejemplo en el algodón es mayor que en la pulpa de madera. Existen varias técnicas para determinar el largo de las cadenas pero realmente entre ellas hay variaciones a considerar.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) La microscopia electrónica expone fibrillas elementales que componen las micro fibrillas de la pared celular. Este rango de 100 a 300 Angstrom se supone que contenga muchos cientos de cadenas de celulosa. Propiedades de la celulosa: la más notable es la insolubilidad en agua a pesar de ser un polímetro de la glucosa. Los enlaces de hidrogeno entre las cadenas de celulosa son muy intensos y el agua no puede romper a través del complejo de grupos hidroxilos sin embargo, otros agentes como ácidos y bases concentradas, soluciones de sales complejas y metales ejercen efectos de solventes. La presencia de 3 grupos hidroxilos en cada glucosa anhidra de la cadena de celulosa la hace muy higroscópica y estaría dispuesta a adsorber y desorber agua según las condiciones del medio. Las propiedades de la celulosa están influenciadas por su estructura y la funcionalidad de sus grupos. Las sustancias que reaccionen con los grupos hidroxilos tiene primero que penetrar en las fibrillas elementales, por lo que la disposición de los grupos hidroxilos (OH-) es un factor importante en toda reacción de la celulosa. Debido a estos radicales libres es que deben su carácter anisotrópico de la hinchazón y contracción de la madera (Mayor en sentido transversal que longitudinal debido a la orientación de las micro fibrillas en S1 y S3 que restringen los cambios. Distribución y composición de las cadenas de celulosa en la pared celular:

La capa S2 de la pared secundaria es la responsable de la alta resistencia a la tracción longitudinal. (40 veces mayor que la transversal) debido a la orientación de las micro fibrillas y al ordenamiento de las cadenas de celulosa, lo que la hace en este sentido más resistente que el acero. Al ser la celulosa un polímero de la glucosa, sirve de alimento a muchos organismos biológicos que la degradan por enzimas que secretan. La degradación enzimática suele ser hidrolítica por ácidos pero más localizada.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) Asociadas a las cadenas de celulosa están los polímeros de otros carbohidratos (las hemicelulosas). HEMICELULOSAS: Compuesta por varios monosacáridos que mayormente no son glucosa sino pentosas y hexosas y poseen menor grado de polimerización con cadenas de entre 100 y 200 unidades. Los diferentes tipos de ellas pueden diferir en concentraciones en los diferentes grupos, por ejemplo, en coníferas se presenta mayormente el manano y en frondosas el xylano. Dentro de las propiedades más notables esta el ser poco solubles o insolubles en agua y sí en álcalis (Na OH, 17,5 %) SUSTANCIAS PÉPTICAS: Polisacárido largo y acídico que forma parte de la lámina media después de la división celular. Puede variar en la concentración de sus componentes entre coníferas y frondosas: En las primeras esta con mayor concentración el xylano y en las frondosas el galactoglucomanano. En estado de madurez es reemplazada por la lignina.

Células de la madera unidas por la sustancia cementante denominada lamina media y compuesta mayormente por pépticas. En este caso, la fotografía es de la sección tangencial de una madera de confiera y se observan las punteaduras areoladas. Además, la presencia de hifas de un hongo que esta parasitando (Marrón oscuro) la madera. Las hemicelulosas y las sustancias pépticas son hidrófilas, por lo que en condiciones de humedad disminuye la cohesión entre las células y pierde resistencia la madera. LIGNINA: Diferencia a la madera de los demás materiales celulósicos que produce la naturaleza. Constituye la última etapa del desarrollo de la pared celular y la mayor cantidad aparece formando parte de la lámina media (50100%) y disminuye en dirección al lumen (20-25% en la pared secundaria). Es un polímetro tridimensional compuesto de fenilpropano que se incrusta en los espacios intercelulares y en la pared celular después que los polisacáridos han sido formados. Su función es la de cementar las células entre sí y de darle resistencia a la pared. La concentración de sus componentes puede cambiar entre coníferas y frondosas.

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) La lignina es el único componente de la pared celular que absorbe la luz ultravioleta y por tanto el responsable de la foto degradación de la madera. También es responsable de la resistencia a la compresión mientras que la celulosa lo es a la tracción longitudinal. La lignina ofrece cierta protección contra el ataque microbiano y da estabilidad dimensional a la madera. La lignina y las hemicelulosas en conjunto mantienen unidas las células, soportan la estructura y dan elasticidad y compactibilidad a la madera.

En la célula se distribuye en mayor concentración en la lámina media y menor en la pared secundaria EXTRACTIVOS: Están depositados en el lumen de las células y son generalmente orgánicos. Pueden ser gomas, grasas, ceras, resinas, carbohidratos, aceites, alcaloides, taninos, sales de calcio y sílice. La naturaleza de estos extractivos es frecuentemente típica de las especies. Muchos de estos compuestos dan a la madera las propiedades especificas que la pueden hacer más durable frente a fenómenos físicos u organismos biológicos como la presencia de tropolones del tipo  thujaplicin (en Thuja plicata), compuesto aromático altamente toxico a los microorganismos y responsable de la alta resistencia de esa madera a la descomposición. También de coloraciones atractivas u otras características estéticas que contribuyen a su clasificación e identificación. Son Extraíbles por solventes, clásicos (agua, diclorometano, éter, y sustancias volátiles): 

Ceras, resinas (mayormente en coniferas < 10%) y taninos (mayormente en frondosas< 10%)

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PROPUESTA DE LIBRO CONSERVACION DE LA MADERA PARA ISA (MARZO 2014) 

Constituyentes minerales