Figura n º 1.5: Organización celular de una latifoliada a) fibras b) vasos c) radios d) punteaduras

Transcripción

1 1 mm Figura nº1.4.a : Micrografía del plano transversal de pino silvestre Límite de los anillos de crecimiento, presencia de algunos canales resiníferos y radios leñosos. 1 mm Figura n 1.4.b: Micrografía del plan longitudinal radial de Pino weymouth. Observar la disposiciones longitudinales de las traqueidas, las secciones radiales de radios leñosos.

2 Reología y Mecánica de la madera Figura n º 1.5: Organización celular de una latifoliada a) fibras b) vasos c) radios d) punteaduras Autor : Daniel G. E. Guitard 12 Traduccion : Cecilia Bustos A.

3 Capítulo 1: La madera materia prima renovable 3 mm Figura n 1.5.a: Micrografía del plano transversal de roble, zona porosa localizada, vasos en madera temprana, presencia de grandes radios Rayon 4 mm Figura nº 1.5.b: Microfotografía del plano transversal de haya, porosidad diffusa en todo el espesor del anillo, presencia de rayos 13

4 Reología y Mecánica de la madera Para muchas especies, el duramen se distingue de la albura por una diferencia relativamente marcada de color. Punto de vista mecánico (P.V.M.) En una escala de observación de algunos milímetros, la magnitud del ancho de los anillos de crecimiento, el material madera es un material compuesto natural, de multicapas, constituído de cilindros concéntricos coaxiales El plano leñoso (estructura) Para una descripción más fina del material, en la escala de algunas decenas de micrones ( m), se acostumbra a realizar observaciones siguiendo los planos de cortes privilegiados, definidos en la figura n 1.3. Corte transversal (plano radial-tangencial): Al interior de un nillo de crecimiento, el plano de la sección transversal revela las secciones rectas de las células de la madera, orientadas a lo largo del eje del tronco. La figura nº1.4 muestra la organización cellular de una conífera. Inicialmente, el anillo de madera temprana (primavera), está constituído de de células o traqueidas con un diámetro del orden de 50 m, de sección rectangular con una cavidad (lumen) de gran diámetro (45 m) y paredes delgadas (2,5 m). El tejido de madera inicial es muy poroso, y asegura la transferencia de la savia bruta ascendente, cuando el anillo correspondiente se situa en la albura, vescino a la capa cambial. Al final del anillo, la madera final (verano), está constituído de células de diámetro ligeramente más pequeño (30 m), una pared más gruesa (5 m) y en consecuencia teniedo un lumen de pequeño diámetro (20 m). El tejido de madera final es menos poroso, asegura el soporte mecánico. La textura es un parámetro importante para la caracterización de la heterogeneidad de los anillos. La textura está dada por la relación del ancho del anillo de madera tardía (verano) sobre el ancho del anillo, y caracteriza el contraste entre las zonas de madera temprana y la zona de madera tardía. Ocasionalmente, los canales resiníferos aparecen dentro del anillo, bajo la forma de cavidades longitudinales rodeadas de células específicas. En menor proporción, se observa dentro del plano de corte transversal, secciones longitudinales de arreglos celulares orientados siguiendo la dirección radial. Estos son los radios leñosos que pueden contener inclusiones en los canales resiníferos radiales. La figura n 1.5 muestra la organización celular de una latifolíada. Autor : Daniel G. E. Guitard 14 Traduccion : Cecilia Bustos A.

5 Capítulo 1: La madera materia prima renovable Las células o fibras de pequeño diámetro (40 m) constituyen el tejido de soporte. Éstas se asocian por un lado a los tejidos de parénquima cuya función es la de almacenamiento de nutrientes y por otro lado, a las células conductoras que poseen mayor diámetro (80 a 130 m) llamados vasos. Dependiendo de la especie, los vasos se distribuyen de forma diferente en el espesor del anillo de crecimiento. Hablaremos de madera de zona inicial porosa como el roble o el castaño, y de porosidad difusa como el haya (Figura n º 1.5.a y b). Al igual que en el caso anterior, los radios leñosos se distribuyen siguiendo la dirección radial. Corte tangencial (plano tangencial longitudinal): El plano de corte longitudinaltangencial permite observar las secciones longitudinales de traqueidas y de los canales (en las coníferas) o de las fibras y los vasos (en las latifoliadas). Cabe señalar que las fibras en las latifoliadas tienen una longitud entre 0,8 y 3 mm, mientras que las de traqueidas en coníferas son más largas y estan comprendidas entre 2 y 7 mm. Esta característica hace que se prefiera a las coníferas en la fabricación de papel. Las punteaduras se observan a lo largo de las paredes internas de las células con diferentes distribuciones espaciales. Estos pequeños orificios permiten la circulación de fluídos entre las células adyacentes. Las traqueidas poseen punteaduras aeroléadas, las cuales funcionan como microvalvulas. En un proceso de secado, tras el drenaje de la fase líquida contenida en el lumen de la celula, los torus obstruyen permanentemente las punteaduras, lo que resulta en un material difícil de impregnar posteriormente. Por último, el plano de observación muestra las secciones transversales de madera de los radios leñosos multiformes (uniseriados o multiseriados). Éstos aseguran la conducción radial de fluidos y pueden contener reservas. Los motivos de las mallas indican las intersecciones de los radios leñosos en el plan de corte tangencial. Estos efectos son buscados en términos de estética (Obtención de chapas de robles por procesos de foliado).. 15

6 Reología y Mecánica de la madera M: Lamela media P: Pared primaria Subcapas S1, S2 y S3 de la pared secundaria Figura n º 1.6. : Esquema de la estructura de una célula (fibra) Ilustración telescópica de las sub-capas de la pared celular. La pared S2 posee un espesor equivalente al 80% del espesor total. Autor : Daniel G. E. Guitard 16 Traduccion : Cecilia Bustos A.

7 Capítulo 1: La madera materia prima renovable Corte radial (Plano longitudinal-radial): El plano de corte longitudinalradial permite la observación de secciones, siguiendo su eje longitudinal, las celulas constituyen los radios leñosos, así como también las zonas de crecimiento entre ellos y los alineamientos de las células dispuestas longitudinalmente. La presencia de punteaduras a este nivel muestra la intercomunicación de las vías de tránsito de los fluidos. Punto de vista mecánico (P.V.M.) El materila leñoso contenido en el espesor del anillo de crecimiento es similar a una estructura del tipo "nido de abeja", las células se orientan preferentemente a lo largo del eje del tronco. Cuando la dirección longitudinal de las fibras se desvía significativamente de la del eje longitudinal de la troza (o del canto de la pieza de madera) hablaremos de un defecto de orientacion la fibra de la madera. El ángulo de la fibra caracterizará las diferencias observadas en el eje de referencia. (No se debe confundir el ángulo de la fibra con el ángulo de las microfibrillas) En general, la relación entre el espesor de pared y el diámetro del lúmen es creciente de madera temprana a madera tardía, ocacionando una no homogeneidad densitométrica al interior del anillo. La idea desde el punto de vista mecánico, es la de asimilar el anillo de crecimiento a una doble capa con fibras unidireccionales, superposición de tejidos de madera temprana y de madera tardía. Este apilamiento bidimensional es perturbado por la existencia de tejido de radios leñosos, orientados perpendicularmente a la superficie media del anillo y que le confiere a la madera, una estructura de compuesto tridimensional La pared celular (microestructura) A escala micrométrica, siempre limitándose a lo esencial, la figura n º1,6 esquematiza la estructura microscópica de la pared celular. Los cilindros representan las células que están ligados por la lámina media (M). La célula propiamente tal, generalmente es descrita como un pequeño tubo cuya pared se compone de 4 capas. P: La pared principal es muy delgada (0,1 m) y a menudo es considerada en asociación con la lamela media como tejido conjuntivo entre las células. S: La pared secundaria S resulta de la superposición de tres capas. Las paredes o capas S1, S2 y S3 difieren en cuanto a su composición química. La capa S2 es la más gruesa y representa el 80% del espesor total de la pared celular. 17

8 Reología y Mecánica de la madera Por supuesto que siguen existiendo variaciones entre las traqueidas de coníferas y las fibras o vasos de latifoliadas, sin embargo la organización general indicada más arriba se conserva Las microfibrillas de la capa S2 (ultraestructura) La escala de observación es ahora la del nanómetro (nm), hablaremos acá de ultraestructura. La observación al microscopio électronico de la capa S2 de las yuxtaposiciones de cintas, designado como el microfibrillas. Las microfibrillas en la pared de una forma helicoidal de acuerdo S2 ciega, todos integrados en una matriz. El ángulo de las microfibrillas de relación con el eje longitudinal de la célula se caracteriza por el ángulo de las microfibrillas. El ángulo de microfibrillas se ilustra en la Figura No. 1.6, como veremos más tarde, uno de los parámetros básicos que determinan la rigidez de la pared celular. P.V.M. : En la medida que las microfibrillas constituyen elementos de reforzamiento mecánico del compuesto madera al nivel de la pared celular, el ángulo de las microfibrillas permitirá diferenciar y calificar, entre otros parámetros, los distintos tejidos leñosos conducentes a una heterogeneidad macroscópica del comportamiento mecánico de la madera. Es posible distinguir la madera juvenil, creada al comienzo del crecimiento radial, en comparación con la madera madura, que se desarrolla mucho más tarde en la misma sección transversal, es possible distinguir también la madera de compresión de las coníferas o la madera de tension en las latifoliadas, comparadas con la madera normal correspondiente; y caracterizar el tejido que constituye en los radios leñosos Elementos de Química de la madera Consideramos una madera cortada y seca, cuando podemos considerar que las sustancias asociadas a las células vivas del árbol (extraíbles) no son tomadas en cuenta (proteínas y sustancias nitrogenadas) y el agua titulable ha sido completamente retirada (madera anhidra). En estas condiciones, la composición elemental de la madera es la siguiente: Carbono C = 50% Oxígeno O= 43% Hidrógeno H = 6% Nitrogeno N = 1% Autor : Daniel G. E. Guitard 18 Traduccion : Cecilia Bustos A.

9 Capítulo 1: La madera materia prima renovable Molecula de celulosa Representación espacial según [MONTIES] Los minerales como el calcio, el magnesio, el carbonato y sílice solo representan entre 1-3% del peso de la madera anhidra, que se encuentra en las cenizas. Los componentes de madera son por un lado, los polisacáridos, de los cuales solo señalaremos la celulosa y las hemicelulosas y por otro lado otras sustancias polifenólicas, como la lignina Celulosa La celulosa (C6H10O5)n es un homopolímero lineal, de alto peso molecular. Las largas moléculas ofrecen la posibilidad de uniones puentes de hidrógeno intra e intermoleculares. Esto da lugar a la formación de una red cristalina constituída de cadenas de celulosa. Las redes de fibras de cadenas de celulosa se organizan 19

10 Reología y Mecánica de la madera longitudinalmente en secciones cristalizadas o cristalitos llamados micelios (longitud 500Å, ancho 60 Å y espesor 10Å) separados por tramos de cadena de celulosa amorfa. Las micelios se asocian lateralmente para formar microfibrillas, que a su vez forman largas fibrillas (diámetro = 1000 Å = 0,1 m). (Figura nº 1,7). Los engrosamientos espiralados que se observan en la pared interior de algunas células son indicadores observables de la orientación de las fibrillas. Notaremos que la celulosa de madera tiene con un alto grado de cristalinidad, este polímero tiene una débil afinidad con el agua. Sólo la parte amorfa de la celulosa contribuirá a la higroscopicidad general de a madera. Tabla nº1.5. Porcentajes aproximados de los componentes en las diferentes capas de la pared celular. Pared Celulosa % Hemicelulosas % Lignina % lamela media Pared primairia Pared S secundaria S S Latifoliadas Coníferas Hemicelulosas Las hemicelulosas son polisacáridos con cadenas más cortas que constituyen una matriz amorfa alrededor de las microfibrillas. Se encuentran en una proporción creciente de la lamela media en la capa S3. Las hemicelulosas poseen propiedades hidrofilas y son suceptibles a hinchamientos importantes a relacionar en la varabilidad dimensional de la madera en función de las variaciones de tasas de humedad Ligninas Las ligninas son polímeros complejos principalmente fenólicos en la cual, la estructura tridimensional no es exactamente conocida, sin embargo, se sabe que la lignina no es la misma para latifoliadas y para coníferas. La lignina se encuentra presente mayoritariamente en la lamela media y la pared primaria. Ésta tiene menor afinidad al agua que la hemicelulosa. Estos tres constituyentes intervienen en proporciones variadas dentro de las différentes capas de la pared cellular, tal y como se précisa en la tabla nº 1.5. Autor : Daniel G. E. Guitard 20 Traduccion : Cecilia Bustos A.