Patología de la edificación/Entramados de madera/Descripción de causas 1

b)Agentes y mecanismos abióticos

Son todas aquellas causas que, sin tener relación alguna con la acción de seres vivos, contribuyen a la degradación de la madera o evitan que ésta se encuentre en buenas condiciones para mantener su capacidad resistente en una estructura.

b.1. Agentes atmosféricos o meteorológicos

Los principales agentes atmosféricos son el sol y la lluvia, que actúan sobre la superficie de la madera colocada al exterior y sobre la protección superficial que tenga.

-Los cambios rápidos del contenido de humedad de la capa externa es una de las principales causas de deterioro superficial de la madera. El agua de lluvia que moja la superficie de la madera sin protección es absorbida rápidamente por la capa superficial de la madera seguida de la adsorción en las paredes de las células. La diferencia de humedad entre el interior y la capa superficial, que tiende a hinchar, provoca un estado de tensiones en la pieza que ocasiona curvaturas, alabeos y fendas.

-La radiación solar, principalmente los rayos ultravioletas e infrarrojos. La acción de los ultravioleta se localiza en la superficie de la madera, la cual se oscurece, primero adquiriendo un color marrón y después grisáceo. Degrada los componentes empezando por la lignina. El agua de lluvia provoca una erosión eliminando los productos degradados por el sol. Las células superficiales se recubren lentamente de mohos que viven en la humedad de la madera y de los productos de fotodegradación, dando a la superficie una coloración grisácea o negruzca. El agua y el sol actúan de forma combinada. La degradación por la luz es más rápida si se combina con el deslavado que puede producir la lluvia, que arrastra la celulosa descompuesta de la superficie, produciendo la degradación denominada madera meteorizada.

La degradación que producen es lenta, de 1 a 13 mm por siglo, y depende de la orientación, de la especie de madera y el clima. En nuestro hemisferio, las fachadas sur, suroeste y oeste son las más desfavorables.

Los rayos infrarrojos provocan una acción degradante indirecta mediante un proceso de calentamiento superficial que genera la aparición de fendas en la cara expuesta y la subida de resinas a la superficie. El contenido de humedad de la madera se relaciona directamente con la temperatura de esta. La superficie expuesta sufre un proceso de calentamiento con el que pierde humedad superficial, como el interior de la pieza se mantiene frío, su contenido de humedad será diferente al de la capa superficial. Esta diferencia de humedad se traduce en tensiones, ya que la superficie tenderá a contraerse al disminuir su contenido de humedad por la acción del calor y dicha contracción se ve frenada por la parte interior, lo que provoca la aparición de fendas (microfendas). La aparición de fendas y la subida de la resina que aflora en la superficie está directamente relacionada con la especie de madera utilizada.

b.2. Productos químicos

Los compuestos químicos pueden modificar la resistencia de la madera de dos formas:

-aumentando sus dimensiones (hinchazón) y disminuyendo sus propiedades resistentes al incrementar su contenido de humedad, cuya acción es reversible. En este grupo estarían el agua, los alcoholes y otros líquidos orgánicos (acetona) que no reaccionan con la madera.

-produciendo cambios permanentes e irreversibles de la madera debido a la modificación de alguno de sus componentes (hidrólisis en la celulosa, oxidación de los compuestos o deslignificación de la madera y la disolución de la hemicelulosa).

b.2.1.Acción de los álcalis: la disminución de las propiedades (resistencia y consistencia) originadas por los álcalis son debidas a la disolución de la lignina y de la hemicelulosa. Las soluciones alcalinas son más destructivas que las ácidas, y las frondosas son más susceptibles de ser atacadas. Su ataque es diferente según actúe sobre toda la masa, sólo en la superficie, o sobre las fibras. En todos los casos se produce una intensa hinchazón. Las coníferas son más resistentes que las frondosas.

b.2.2. Acción de los ácidos: estos afectan a la celulosa, pero tienen poca influencia sobre la lignina(al revés que los álcalis); los ácidos rompen las cadenas de carbono de la composición de la madera (hidrólisis), dejando la parte afectada con un aspecto fibroso parecido al de la pudrición blanca. En las zonas industriales, se han encontrado daños de este tipo en las piezas de la estructura de cubierta. Las sales de hierro que se producen puntualmente en las piezas unidas con placas metálicas, con pernios y otros elementos, son muy ácidas y originan una hidrólisis de la madera en presencia de agua libre. Esta acción se acelera con la humedad, y la presencia de oxígeno puede jugar un papel importante.

b.2.3.Acción de las sales y soluciones acuosas: en la mayoría de los casos las sales neutras no producen ninguna degradación sobre la madera. Las sales ácidas se consideran como ácidos débiles y no tienen importancia. Las sales alcalinas se pueden considerar perjudiciales al asimilarlas a la acción de los álcalis débiles.

En general, la acción de los productos químicos sobre la madera se traduce normalmente en alteraciones del color. La madera es muy resistente a los agentes químicos aunque sufre alteraciones por la acción de ácidos fuertes y lejías alcalinas e incluso detergentes. La cal apagada en estado fresco puede ejercer una acción corrosiva si está mucho tiempo en contacto con la madera. La mayoría de las maderas son ácidas debido a la presencia de ácidos libres, predominantemente ácido acético. Las maderas tradicionalmente utilizadas en la construcción, como el pino silvestre y el roble, tienen valores de pH de 5 y 4 respectivamente. Así, el roble es 10 veces más ácido que el pino silvestre. La acidez no presenta problemas salvo que la madera esté húmeda; sin embargo algunas maderas, como el roble o el castaño, exudan ácido acético durante el secado. El roble verde contiene elevados niveles de ácido acético que provoca la corrosión de los metales si no están adecuadamente protegidos. El roble y otras maderas, con el paso del tiempo pierden los ácidos libres y se reduce su capacidad de corrosión. Sin embargo, si la madera se humedece o si está sometida a cambios cíclicos de humedad y secado (debidos por ejemplo a la ventilación, calefacción y ocupación) puede producir más ácido por un proceso de hidrólisis. Normalmente las manchas son de color negro o negro azulado, y se producen como resultado de la formación de compuestos de hierro de color oscuro.

b.3. Fuego

Comportamiento de la madera frente al fuego: La madera y sus productos derivados están formados principalmente por celulosa y lignina, los cuales se componen de carbono, hidrógeno y oxígeno. Estos componentes la hacen combustible. La madera maciza no arde rápidamente y son realmente pocos los casos en los que en un incendio haya sido el primer material en arder, dada su baja conductividad térmica. La madera es un material con gran capacidad de aislamiento térmico lo que supone una importante ventaja en caso de incendio. El coeficiente de conductividad térmica de las coníferas(pinos y abetos9 en la dirección perpendicular a la fibra varía aproximadamente de 0.09 a 0.12 Kcal/ mhºC (en las maderas ligeras se sitúa en 0.005 y en las pesadas puede llegar a 0.30). En el caso de tableros de partículas, y dependiendo del espesor, puede variar de 0.08 a 0.15; y en las fibras de densidad media de 0.06 a 0.72. Cuando la madera se encuentra expuesta en un incendio en fase de pleno desarrollo, inicialmente se produce una combustión rápida de la superficie de la madera y se crea una capa carbonizada. Debajo de esta capa existe otra en la que se produce la pirólisis de la madera, y finalmente bajo esta capa aparece la madera sin afectar por el fuego. El comportamiento de la madera sometida a un foco calorífico varía en relación con el incremento de la temperatura que alcanza, pudiéndose diferenciar cuatro diferentes etapas a lo largo del proceso de deterioro (pirólisis):

-temperatura hasta 200ºC: la madera sufre una deshidratación interna, desprendiendo CO2, vapor de agua, ácido acético, algo de ácido fórmico, etc. Se produce una pérdida de peso rápida y cerca de los 100ºC se puede producir una ligera carbonización. Aún cuando se producen reacciones de oxidación, son ligeramente exotérmicas, no ocasionando la ignición de la madera.

-temperatura entre 200 y 280ºC: las reacciones de oxidación comienzan a ser realmente exotérmicas, apareciendo llamas a los 280± 2ºC, denominado punto de inflamación de la madera. En este punto de la pirólisis es aún lenta, pero se va incrementando, desprendiéndose del interior de la madera CO y demás productos.

-temperatura comprendida entre 280 y 500ºC: se produce una pirólisis grande y exotérmica, con desprendimiento de elevadas cantidades de gases y vapores a través de la capa carbonosa superficial formada y en desarrollo. Tras la aparición de la llama superficial en la madera, la formación y desarrollo de la capa carbonosa la hace disminuir incluso llegando a desaparecer, hasta que una cantidad suficiente de calor pase a través de ella para seguir con la pirólisis de las capas más profundas. Al principio de esta fase, la mezcla de gases y vapores podría ser incombustible con la presencia de CO2, vapor de agua, …pero con el incremento de temperatura posterior da lugar a una mezcla combustible de CO, metano, formaldehído, ácidos acético y fórmico, metanol, hidrógeno, y gotas de alquitranes inflamables que ayudan a que progrese la pirólisis. Se produce un incremento de la capa carbonosa de muy baja conductividad térmica (0.5 a 0.3), que retrasa la penetración del calor en su interior.

-temperatura superior a los 500ºC: en la fase anterior el oxígeno va ganando superficie carbonosa, y esta arde a los 500º C (color cereza) y se consume. Esto continua, hasta que se alcanzan los 1000ºC (color rojo amarillento), siendo el % de consumo de la capa carbonosa al de penetración de zonas de alta temperatura en la madera. Así continuaría, hasta su destrucción.

La capa carbonizada es 6 veces más aislante que la propia madera. Así, el interior de la pieza se mantiene frío y con sus propiedades físicas y mecánicas inalteradas. La pérdida de capacidad portante de la estructura se debe a una simple reducción de la sección, más que a una pérdida se resistencia del material. La combustibilidad de la madera depende de la relación entre la superficie y el volumen de la pieza, cuanto mayor es esta relación más fácil es la ignición y más rápida la propagación de la llama. Las aristas vivas y las secciones con partes estrechas aumentan esta relación. Las fendas también incrementan los efectos del fuego. Cuanto más elevada sea la densidad de la madera, menor facilidad tiene para comenzar a arder y más lenta es la combustión. El contenido de humedad de la madera es otro factor que influye en el comportamiento al fuego. En cambio, en las estructuras de madera, el contenido de humedad se encuentra entre el 8% y el 15%, así por cada tonelada de madera deberá evaporarse entre el 80 y el 150 Kg de agua antes de que entre en combustión, lo que hace a este factor poco relevante en la práctica. La reacción al fuego es un índice de la capacidad del material para favorecer el desarrollo del incendio. La madera se clasifica(norma UNE) como M3(combustible y medianamente inflamable). La resistencia al fuego de un elemento constructivo se mide como el tiempo durante el que es capaz de seguir cumpliendo su función(resistencia, estanqueidad, aislamiento) en una situación de incendio. Para las maderas de grandes escuadrías es fácil alcanzar tiempos elevados de resistencia y estabilidad al fuego. Existe una relación lineal entre la profundidad carbonizada y el tiempo transcurrido. Se denomina velocidad de carbonización y permite saber cual es la sección residual después de un tiempo determinado. Para madera maciza de coníferas tiene un valor de 0.67 mm/min y para madera de frondosas es de 0.54 mm/min. Las uniones en las estructuras de madera son un punto débil en caso de incendio. Las mayores profundidades de carbonización se dan en los ensambles de las piezas, bien porque existen juntas que facilitan la penetración o porque se emplean elementos metálicos que conducen el calor. Tras la extinción de un incendio puede haber riesgo de pudriciones posteriores. El plazo hasta que se inician las obras de reparación puede ser largo. El agua utilizada puede entrar a través de las cubiertas derrumbadas y ser retenida en los murosy en los restos acumulados en el suelo, dando lugar a pudriciones.

b.3. Cambios de humedad

El agua que contiene la madera está repartida en tres niveles diferentes. Por una parte, está el agua de de constitución, que es la que forma parte misma de las sustancias químicas del material. El contenido de agua de constitución no puede variar. Por otra parte, está el agua libre en los huecos tubulares de las cálulas, que se introduce en ellos por capilaridad o por inmersión de la madera. Ésta se elimina fácilmente por secado, y su cantidad afecta al peso específico de la madera, pero no a sus propiedades volumétricas ni resistentes, ya que está ocupando los huecos existentes en la misma estructura celular. Por último, está el agua de imbibición, que es la que absorben las paredes celulares debido a las propiedades higroscópicas de la celulosa. El contenido de esta agua varía según la humedad del ambiente y afecta sensiblemente a sus propiedades mecánicas y físicas, sobre todo a su volumen. La madera tiende a mantener un equilibrio higroscópico con el ambiente en que se encuentra. Cuando varía el contenido de agua de imbibición al variarla humedad del ambiente, produce los fenómenos de hinchazón y merma. Por la inercia de la madera se ven amortiguados. Pero si las variaciones de las condiciones higrotérmicas del ambiente son demasiado acusadas, las tensiones producidas en las fibras de la madera al variar sus dimensiones volumétricas, pueden llegar a producir fendas.