Amaré, J. Conservación restos madera subacuática. 2008

8/7/2019 Amar, J. Conservacin restos madera subacutica. 2008

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kausisEDITAESCUELA TALLER DERESTAURACIN DE ARAGN II

Avda. San Jos, n 5. Nave 650410 Cuarte de Huerva,ZARAGOZATelfono: 976 46 38 42Fax: 976 46 38 43E-mail: [email protected]

CONSEJO DE REDACCIN YCORRECCIN DE TEXTOSJos Manuel Lpez GmezSusana Morales RamrezAlicia Payueta MartnezCarlos Senz PreciadoFrancisco Lasarte OrnaM Angustias Macas Guzmn

EQUIPO DE REDACCINSara Benito HidalgoRaquel Crespo VergaraEstefana Fenoy CamberoEsther Fernndez BuenoOliver Garca ChocanoSonia Garca GarcaVanesa Gil PrezCristina Godoy ExpsitoNora Guinda LarrazaFrancisco Lasarte OrnaSoraya Lascorz GarcsM Angustias Macas GuzmnDiana Requejo SueiroM Pilar Salas MelndezAida Tejero Olivn

EQUIPO DEL LABORATORIORamiro Alloza IzquierdoM Paz Marzo BernaJordn Esteso MartnezNieves Laborda LobeJorge Snchez Glvez

MAQUETACINFrancisco Lasarte OrnaM Angustias Macas Guzmn

PORTADAAlicia Payueta Martnez

FOTOGRAFAS DE LAESCUELA TALLER

Sara Benito HidalgoCristina Godoy Expsito

IMPRIMECOMETA, S.A.Ctra. Castelln, Km. 3,40050013 Zaragoza

DEPSITO LEGALZ. 1315-04

ISSN1885-6071

FOTO PORTADALucerna con decoracin de mscarateatral encontrada en Bilbilis, en laexcavacin de la casa del Ninfeo

Kausis: proteccin de cera en laspinturas murales de poca griega

1kausis 5

LA ESCUELA TALLER DE RESTAURACIN DE ARAGN II

RESTAURACIN Y CONSERVACIN

LABORATORIO

2 UN PROYECTO QUE SE CONSOLIDAJos Manuel Lpez Gmez

5 VISITAS FORMATIVASSonia Garca Garca

10 CURSOS Y CONFERENCIASVanesa Gil Prez

13 INTERVENCIN SOBRE LAS PINTURAS MURALES PROCEDENTES DEL LARARIODE LA CASA DEL NINFEO DEL YACIMIENTO ARQUEOLGICO DE BILBILISPARTE ISusana Morales Ramrez y Alicia Payueta Martnez

22 PROBLEMTICAS SURGIDAS DURANTE EL PROCESO DE INTERVENCIN DEARRANQUES DE PINTURA MURAL: EL TRASPASO A UN NUEVO SOPORTE

Estefana Fenoy Cambero y Aida Tejero Olivn28 INTERVENCIONES DE CONSERVACIN-RESTAURACIN EN LA DOMUSDEL

NINFEO DEL YACIMIENTO DE BILBILISRaquel Crespo Vergara y Diana Requejo Sueiro

ARQUEOLOGA

31 LA CASA DEL NINFEO: TRABAJO ARQUEOLGICO DE LA ESCUELA TALLERDE RESTAURACIN II EN BILBILIS (CALATAYUD-ZARAGOZA). CAMPAA 2007J. Carlos Senz Preciado, Oliver Garca Chocano, Cristina Godoy Expsito,Nora Guinda Larraza, Francisco Lasarte Orna y M Pilar Salas Melndez

40 PROSPECCIONES ARQUEOLGICAS EN EL TRMINO MUNICIPAL DE CUARTE

DE HUERVA (ZARAGOZA)J. Carlos Senz Preciado, Oliver Garca Chocano, Cristina Godoy Expsito,Nora Guinda Larraza, Francisco Lasarte Orna y M Pilar Salas Melndez

55 CARACTERIZACIN DEL PLOMO EMPLEADO EN LAS CERMICAS DEALBARRACN DEL SIGLO XIM Paz Marzo Berna

61 VALORACIN PRELIMINAR DE LOS CONTENIDOS DE UNA RASTRA DEBAUTIZAR PERTENECIENTE AL MUSEO DE CREENCIAS Y RELIGIOSIDADPOPULAR DEL PIRINEO CENTRAL DE ABIZANDAJordn Esteso Martnez

COLABORACIONES

69 INTERVENCIN DE CONSERVACIN EN EL YACIMIENTO DE ICNITAS DEDINOSAURIO EL POZO (EL CASTELLAR, TERUEL)Vanesa Ballano, Ana Belloc, Silvia Fraguas y Lorena Gonzlez

77 YACIMIENTO EL POZO (EL CASTELLAR, TERUEL): REALIZACIN DE MOLDESY RPLICAS DE HUELLAS DE DINOSAURIOAinara Aberasturi, Raquel Ferrer, Edurne Casas Ochoa, Luca Cirugeda Salvador yAlmudena del Fresno Ruiz

85 CONSERVACIN DE RESTOS ARQUEOLGICOS DE MADERA DEPROCEDENCIA SUBACUTICA

Julio Csar Amar Tafalla96 LA PUESTA EN VALOR DE UN YACIMIENTO ARQUEOLGICO

Francisco Javier Gutirrez Gonzlez


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Kausis 5, junio de 2008

CONSERVACIN DE RESTOS ARQUEOLGICOS DEMADERA DE PROCEDENCIA SUBACUTICA

La conservacin, en el contexto de objetos de madera procedentes del medio acutico, supone estabilizar su estructura volmica ysuperficial a niveles micro- y microscpico. Las maderas antiguas, empapadas de agua y generalmente degradadas, exigen ser consoli-dadas posteriormente a su limpieza y antes del secado. La adecuacin de dicho proceso define la durabilidad de la pieza y en lamedida de lo posible el tratamiento debe ser reversible y respetuoso con el aspecto esttico.

Consolidar requiere generalmente rellenar espacios en profundidad e impregnar las paredes homogneamente y a un nivel que garan-tice la ausencia de colapso de las estructuras y encogimientos durante y tras el procesado de la pieza. El empirismo inicial, que enocasiones ha conducido a resultados insatisfactorios, ha dado paso a la realizacin de investigaciones sistematizadas y a un mejorconocimiento de los fenmenos presentes durante el tratamiento, a travs de la caracterizacin de la degradacin y la modelizacin dela dinmica de impregnacin y secado; no obstante lo cual, la variabilidad de los parmetros es muy amplia, y el diseo del trata-

miento de conservacin sigue siendo una decisin comprometida por los resultados y los costos en tiempo y recursos.

Julio Csar Amar TafallaDepartamento de Fsica Aplicada, Universidad de Zaragoza

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El agua cubre aproximadamente un71% de la superficie del planeta yms de un 50% de la Humanidad

vive en asentamientos costeros: martimos,fluviales o lacustres. La dinmica terrestre

ha sumergido bajo las aguas poblacionescomo Port Royal en Jamaica, Alejandra enEgipto, pueblos neolticos en el Mar Ne-gro, aldeas medievales en el lago Paladru,

etc. Adems, naves de todas las pocas sal-pican los fondos: desde canoas monoxilasdel Neoltico, hasta buques mercantes y deguerra del siglo XX. Como muestra, elMuseo Nacional de Arqueologa de Lis-

boa da la cifra de 850 barcos hundidos enla zona de las Azores desde 1522, entreellos 130 galeones y buques que hacan laruta de las Indias.

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Pecio medieval (s. XVI) de lIsola de Cavoli, excavado en 1991


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La Convencin para la Proteccindel Patrimonio Cultural Subacutico,elaborada por la UNESCO, recogiendoel proceder habitual, establece que si hu-

biese recuperacin de objetos, debernser puestos en depsito, guardados y ges-tionados de manera que se garantice laconservacin a largo plazo y su difusincultural.

Los hallazgos provenientes de unaexcavacin arqueolgica requieren pro-cesos de documentacin, anlisis, con-servacin y restauracin. Durante aos,los restos arqueolgicos sumergidos sehan adaptado al entorno hasta estable-cer un complejo equilibrio fsico-qumi-co con el medio, que se ve perturbadopor su extraccin, pudiendo resultar de-teriorados e incluso destruidos si no sonllevados a un nuevo equilibrio de mane-ra controlada.

La conservacin supone la limpiezay la estabilizacin dimensional del obje-to a largo plazo previniendo reaccionesadversas durante su adaptacin y perma-

nencia en el nuevo ambiente areo. Estatarea debe ser una de las consideracio-nes prioritarias en la planificacin decualquier accin que conlleve la extrac-cin de materiales de un yacimiento sub-acutico; es costosa en tiempo y recur-sos, pudiendo ser ms onerosa que lapropia excavacin.

No obstante, la recuperacin contri-buye a la difusin cultural y produce be-

neficios que amortizan los costos de ex-traccin, conservacin y mantenimiento(los ingresos de las visitas al barco inglsMary Rose, extrado del mar en 1982,cuadriplicaban los costos de extraccinunos aos despus).

Conocer el medio en el que han per-manecido las piezas hasta su extraccin,as como la estructura y composicin desu material constitutivo, madera en nues-tro caso, es fundamental para entender

los mecanismos de deterioro de los ma-teriales sumergidos y disear las tcnicasde conservacin idneas.

EL MEDIO ACUTICO

Las molculas de agua tienen unaconfiguracin y dinmica particulares

que confieren al lquido propiedades ex-clusivas como una tensin superficialmuy elevada, ser un disolvente polar y uncomportamiento anmalo en la fusin-solidificacin. Las propiedades fsicas delagua pura se ven modificadas cuando haysubstancias en disolucin, se halla embe-bida en estructuras capilares o ligada asubstancias hidrfilas.

El agua puede presentarse en tresestados de agregacin: slido (hielo), l-quido y vapor. A temperaturas inferio-res a 0,01 C el agua pura a presin at-mosfrica, se transforma en hielo, quetiene la propiedad anmala de ofrecermayor volumen especfico que el agualquida, un 10% aproximadamente. Lastemperaturas de congelacin y evapora-cin del agua cuando hay presentes so-lutos disueltos se ven alteradas, y con-gelar una disolucin exige enfriar hastauna temperatura en la que la presin devapor asociada al agua no congeladaiguale la presin de vapor del hielo a di-cha temperatura.

As mismo, cuando el agua se hallaen estructuras capilares como las existen-tes en la madera, las fuerzas intermole-

TEMPERATURA(C)

PRESIN DE VAPOR(torr)

- 50 0,029

- 40 0,093

- 30 0,280

- 20 0,77

- 10 1,95

- 0 4,58

Julio Csar AMAR TAFALLA

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culares, origen de la tensin superficialque presta a las superficies libres un com-portamiento similar al de una membranatensa, son la causa de la aparicin de efec-

tos como apreciables variaciones de lapresin local (presiones capilares) y de unasignificativa bajada de la temperatura desolidificacin y de la presin de vapor delagua embebida.

El agua del mar presenta una salini-dad del 3,2% al 3,6% en aguas ocenicasabiertas; en estuarios o zonas cerradas congran aporte fluvial tiene menor salinidad,un 0,4% en el Mar Bltico, y en mares c-lidos y con elevada evaporacin la salini-dad es ms elevada, 3,86% en el Mar Me-diterrneo y 4,1% en el Mar Rojo. El con-tenido en in cloruro representa en mediaun 54% del peso del soluto, y su elimina-cin por inmersiones sucesivas en aguadulce es uno de los pasos obligatorios en

la fase de limpieza.

Qumicamente, el agua del mar conun pH comprendido entre 7,5 y 8,4 es unmedio ligeramente bsico. El pH del oc-ano permanece sensiblemente constantedebido a un sistema tampn natural; for-ma este sistema bsicamente el equilibriode concentraciones del dixido de carbo-no, CO2, el cido carbnico, CO3H2, y elcarbonato clcico, CO3Ca, hallndose ste

en sobresaturacin en aguas superficialesclidas. El dixido de carbono provienedel intercambio con la atmsfera y de la

respiracin aerbica de los organismos.Tambin hay oxgeno en disolucin, pro-veniente de la atmsfera y de la actividadfotosinttica, siendo la concentracin m-

xima en aguas superficiales y alcanzandoniveles nfimos en la superficie de los se-dimentos por la accin de las bacterias ae-rbicas. Aguas ricas en oxgeno tienen ca-rcter oxidante mientras que aguas caren-tes de l, regiones anxicas, tienen carcterreductor.

Normalmente, los objetos excavadosse localizan sobre el fondo o enterradosa poca profundidad en los sedimentos que

provienen fundamentalmente del materialorgnico e inorgnico de aporte fluvial yde la erosin costera; en zonas de granproductividad biolgica, los restos silce-os o calcreos de los seres vivos contri-buyen tambin al sedimento. El conteni-do en agua intersticial de los sedimentoses dependiente del tamao de grano y de-crece hacia las capas ms profundas delsedimento siendo un factor determinantedel nivel de deterioro de los objetos in-mersos en l.

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CONSERVACIN DE RESTOS ARQUEOLGICOS DE MADERA DE PROCEDENCIA SUBACUTICA

Caractersticas fisico-qumicas de distintos entornos acuticos

Lagos y ros

Aguas marinas

Aguas pantanosas

Suelos hmedos ricosen materia orgnica

L a g o seutrofizados

MEDIO BSICOMEDIO CIDO

AMBIENTEREDUCTOR

AMBIENTEOXIDANTE

- 0.4

0 42 6 8 10

0

0.4

0.8

O2

OH-

H+

H2

pH

Eh (V)

DIMETRO

CAPILAR

(nm)

TEMPERATURA DE

CONGELACIN

(C)

30 - 2

10 - 5

3 - 20

1 - 80


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La diagnesis consiste en el conjuntode fenmenos fsicos, qumicos y biolgi-cos que conforman los sedimentos tras sudepsito; en la dinmica qumica marina

son imposibles de separar los efectos delpH, del potencial redox Eh y de los pro-cesos metablicos, que actan interaccio-nando entre s de forma compleja.

Su primera fase (sin diagnesis) tieneuna primera etapa oxidativa en la super-ficie del depsito sedimentario donde seestablecen las mayores poblaciones debacterias aerbicas que consumen oxge-no y liberan dixido de carbono; el pHdesciende a 7 y se alcanza un Eh reduc-tor de -0,4 V. En la etapa siguiente, en au-sencia de oxgeno, en zonas reductoras delos sedimentos y bajo las concreciones su-perficiales que cubren los objetos las bac-terias emplean otros oxidantes siendo elin SO42- el ms comn, producindosela reduccin del citado in y de los hidr-xidos de hierro y manganeso y la forma-cin de SH2; el pH y el Eh del ambienteaumentan. Las fases slidas del sedimen-to se disuelven en las aguas intersticiales

y aparecen fenmenos de intercambio i-nico. La descomposicin de la materia or-gnica forma gases y compuestos orgni-cos solubles. Si la dinmica de las aguassuprayacentes es escasa, cuencas estanca-das, se extiende la zona anxica por en-cima del fondo y bacterias anaerobias re-alizan la oxidacin de la materia orgnicasobre la superficie del sedimento.

ESTRUCTURA Y DETERIORO DE LAMADERA

Fsicamente la madera es un materialheterogneo y anistropo. Clulas especia-lizadas, alargadas en forma de tubos ce-rrados paralelos al eje del rbol, muy va-riables con las especies, tanto en longitudy forma como en el espesor de las pare-des y en las dimensiones, forman tejidosque realizan las funciones vitales funda-mentales y constituyen la estructura resis-

tente o portante del rbol. Estas clulasestn trabadas por otro tipo de clulas, co-locadas perpendicularmente a las anterio-

res y en el sentido radial del tronco, for-mando los radios leosos. sta estructu-racin contribuye a que la deformacin dela madera sea menor en direccin longi-

tudinal que transversal, y menor tambinen direccin radial que tangencial.

En las gimnospermas, todas las fibrasestn especializadas, traqueidas, y tienen en-tre 1,5 y 9,5 mm de longitud y 20 a 80 mde radio. En las angiospermas leosas hayespecializacin funcional de las estructurasy las fibras son ms pequeas, 0,5 a 3 mmde longitud y de 10 a 20 m de dimetro;en estas maderas hay vasos cuyos segmen-tos presentan longitudes de 1,3 mm usual-mente y un dimetro de 20 a 330 m.

Los compuestos qumicos orgnicosque entran en la composicin de la ma-dera son:

- La celulosa, que es un polmero linealde frmula (C6H10O5)n, siendo el valorde n varios miles de unidades, y es elprincipal componente estructural de lamadera (40-50%). Haces de molculas de

celulosa se organizan paralelamenteconstituyendo microfibrillas.

- La hemicelulosa que es tambin unpolmero, de frmulas (C5H8O4)n y(C6H8O4)n siendo el valor de n de cente-nares de unidades (20-25%); acta comoagente cementante que mantiene aglome-radas las microfibrillas evita una ex-cesiva cristalizacin de la celulosa y con-tribuye con ella a formar un compuesto

de gran resistencia mecnica.

- La lignina (25-30%) que acta como im-permeabilizante de las cadenas de celulo-sa (muy hidrfilas) y como aglomerantede las estructuras fibrilares de las clulas.

- Resina, tanino, suberina, pectina... (%restante).

La celulosa de la madera tiene unadensidad en torno a 1,55 kg/l, la lignina

en torno a 1,33 kg/l y la hemicelulosaamorfa sobre 1,50 kg/l. La densidad de lamadera est fuertemente influenciada por


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la relacin entre el volumen medio de lasparedes celulares de las fibras y traquei-das y del espacio hueco y por la porosi-dad de la pared celular, dando medida de

su posible resistencia a los agentes exter-nos. En madera nueva hay una cantidadsubstancial de aire en el lumen de las es-tructuras celulares por lo que resulta unvalor de la densidad para la madera delorden de 0,36 kg/l en madera de confe-ras (0,25 a 0,60) y para madera de fron-dosas unos 0,50 kg/l (0,30 a 0,80).

En la pared celular de madera nuevase distinguen tres capas diferenciadas:

- La lmina media, que constituye la uninintercelular y es rica en lignina, con un70% aproximadamente.

- La pared primaria, que usualmentemide entre 100 y 200 nm de espesor yes producto de la acumulacin de 3 4 capas sucesivas de microfibrillas decelulosa (9-25%).

- La pared secundaria, que es la capa

ms adyacente a la membrana plasmti-ca y est constituida por haces de mi-crofibrillas ordenadas helicoidalmente.Dividida a su vez en tres zonas, la in-termedia es la de mayor espesor y en ellalas microfibrillas se ordenan casi longi-tudinalmente. Contiene una alta propor-cin de celulosa (40-60%) y de hemice-lulosa (30%).

La comunicacin en direccin trans-

versal entre las estructuras fibrosas tienelugar a travs de unos pequeos orificiosen sus paredes, en los que hay inserto undiafragma que puede bloquearlos por ac-cin celular. Este mecanismo controla lapermeabilidad, y es determinante en pro-cesos de desecacin e impregnacin se-gn su estado; si bien su estado es rele-vante, el factor ms importante para unabuena penetracin de substancias exter-nas en el tratamiento conservativo es latextura de la pared celular.

En la pared celular de madera nue-va la dimensin de los espacios micro-

capilares se estima entre 16 y 60 , porlo que nicamente molculas de menordimensin podrn difundir a travs delos capilares actuando como agentes de

relleno y modificando propiedades es-tructurales como la estabilidad dimen-sional, y la durabilidad en el proceso deconservacin.

El agua en la madera, esta presente detres formas diferentes:

- Agua de constitucin o agua combina-da que forma parte de los compuestosqumicos que constituyen la madera.

- Agua de impregnacin o de saturacinembebida en la pared de las clulas relle-nando los espacios microcapilares entrelas microfibrillas. Su prdida causa lacontraccin de la madera y la expansincuando se recupera. Dado que la capa se-cundaria es la ms gruesa y en ella las mi-crofibrillas se orientan en direccin apro-ximadamente longitudinal la variacin di-mensional durante el secado es muchomenor en sentido longitudinal que radial

o tangencial.

- Agua libre que llena el lumen de las c-lulas y tubos (vasos, traqueidas, etc.) y notiene ms repercusin que la ocupacin

Muestra de madera (s. XVI) con perforaciones de teredo, consolidada con PEG3000 y liofilizada


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fsica de los huecos, y no influye mayor-mente en la hinchazn o merma de la ma-dera ni en las propiedades mecnicas. Suintercambio incontrolado con el exterior

durante procesos de secado o impregna-cin puede ocasionar el colapso de los es-pacios huecos.

El deterioro de la madera tiene lugardurante su permanencia en el agua y, enausencia de las debidas precauciones, seagrava durante su posterior secado. Ma-croscpicamente contribuyen al deteriorode la madera en el agua la erosin mec-nica y la accin de la biota por encima delnivel de los sedimentos; microscpicamen-te es fundamental la accin de bacterias yhongos.

En ambientes marinos y estuarinos es-tn involucrados frecuentemente en ladestruccin de la madera los teredos, mo-luscos bivalvos perforadores de madera, t-picos de aguas saladas poco profundas, yun artrpodo ispodo, propio de aguas sa-ladas, que excava tneles superficiales.

Para el tratamiento de conservacin espreciso saber si los tneles estn recubier-tos de carbonato clcico, as como la ex-tensin y profundidad del dao.

La degradacin microbiana es recono-cida como la causa principal del deteriorode las maderas sumergidas. La poblacinbacteriana es muy abundante en los pri-meros 2,5 cm bajo la superficie del fondo;la poblacin de bacterias aerobias decrece

a los 10 cm y la de anaerbicas, abundan-te en el nivel de 0 Eh, se extiende hastalos 60 cm. Mediante tcnicas de micros-copa electrnica se ha comprobado quelas bacterias se hallan implicadas funda-mentalmente en la degradacin de la celu-losa y hemicelulosa de la pared celular. Enlas maderas arqueolgicas sumergidas, elestado de degradacin est tpicamente re-lacionado con la edad del resto y la dispo-nibilidad de oxgeno en el ambiente. Enambientes estrictamente anaerbicos se

presentan distintos grados de degradacinde la celulosa y la hemicelulosa permane-ciendo el esqueleto de lignina intacto; en

ambientes aerbicos tambin la lignina escatabolizada, presumiblemente por la ac-cin combinada de bacterias y hongos.

Denominaremos maderas empapadasen sentido estricto a aquellas en que el aireintraluminal ha sido substituido por aguaen su totalidad y la pared celular est sa-turada de agua (25-30%). El contenido enagua de la madera viene determinado porel agua de impregnacin y el agua libre,definindose como el peso de agua con-tenida en la madera expresado en % desu peso deshidratada (secado en un hor-no a 100-110 C):

(contenido porcentual en agua) =100 x [(peso empapada) (peso seca)]

/ (peso seca)

Consideraremos degradadas a aquellasmaderas en las que ha habido una prdi-da significativa de celulosa de las paredescelulares. En este ltimo caso aumenta elvolumen libre en la pared celular y el ma-terial constitutivo admite un nivel de sa-turacin mayor, hasta un 60%. Atendien-

do al nivel de degradacin se establecentres condiciones de conservacin de lamadera:

- A: muy degradada, madera muy pococonsistente y escasa en celulosa.

- B: intermedia.

- C: poco degradada, con propiedades me-cnicas y contenido en celulosa similaresa las de la madera nueva.

Y en funcin de la proporcin de ma-dera en las condiciones sealadas en unapieza, sta se clasifica como:

- Clase I: si prevalece la condicin A; ma-deras con un contenido en agua superioral 400% del peso seco.

- Clase II: con un ncleo importante demadera en la condicin C.

- Clase III: si slo una capa externa del-gada se halla en la condicin A y el con-tenido en agua es inferior al 185%.


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SECADO Y CONSOLIDACIN DE LAMADERA

En el ambiente que las ha guardadoo recin extradas, las maderas empapadaspresentan en general buen aspecto, puesel agua que llena los espacios celulares ysatura las paredes las mantiene turgentesy les presta una falsa impresin de soli-dez, pero nicamente queda una frgil es-tructura soportada por unas paredes ce-lulares debilitadas. Al perder agua, la ma-dera se contraer y en maderas empapadasy degradadas pueden aparecer durante elsecado fenmenos de colapso, contrac-

cin, agrietamiento y reviradura.

El colapso se produce en la primerafase de secado de maderas degradadas yempapadas por encima del nivel de sa-turacin, durante el vaciado de las cavi-dades luminales; estos espacios se aplas-tan bajo la accin de fuerzas, asociadasa la tensin superficial, superiores al l-mite elstico de la resistencia mecnicade las paredes celulares en maderas de-

gradadas.

Dicho lmite en madera verde se esti-ma en torno a los 35 kPa, valor equiva-lente a la presin capilar en conductos deunos micrmetros de dimetro.

La contraccin constituye un efectoreversible que aparece en las fases de se-cado por debajo del nivel de saturacin yes debida a la prdida de volumen de lasparedes celulares durante la eliminacindel agua de saturacin. Contracciones ani-stropas debidas a causas estructuralesson el origen de las reviraduras; las con-tracciones inhomogneas debidas a un se-cado espacialmente distribuido de formairregular dan lugar a esfuerzos internosque originan grietas y cuarteamiento.

Existen varias posibilidades para elimi-nar el exceso de agua en la madera minimi-zando daos estructurales y deformaciones:

a) La deshidratacin por substitucin,substituyendo el agua de forma lenta y

progresiva por otro lquido de baja ten-sin superficial (metanol, ter, propano-na, tolueno,...) procediendo posteriormen-te a la evaporacin del substituyente. Es

un mtodo que da buenos resultados, perolos costos la hacen aplicable slo para pie-zas de tamao reducido.

En la conservacin de maderas en lacondicin A, para evitar una fragilidadexcesiva de la pieza tras el secado, resul-ta precisa una consolidacin medianteaditivos (ceras, parafina, resinas,...) queson introducidos en la madera disueltosen el liquido de substitucin. Una varian-te es desplazar el agua introduciendo ensu lugar un compuesto polimerizable,normalmente a travs de un paso inter-medio, y proceder posteriormente a supolimerizacin.

b) El secado o deshidratacin por evapo-racin directa del agua, se debe llevar acabo en una atmsfera de humedad con-trolada, siendo recomendable la impregna-cin previa de la pared celular a saturacincon aditivos consolidantes o el relleno de

las cavidades luminales con solutos slidos(sulfato alumnico-potsico, sacarosa, poli-glicol, polietilenglicol, etc.). El secado debellevarse a cabo lentamente para asegurar entodo momento del proceso una distribu-cin homognea de agua en el volumen yevitar tensiones causantes de grietas y cuar-teamiento de la superficie.

Esta tcnica requiere una lenta aco-modacin del objeto a un ambiente de hu-

medad progresivamente ms baja hasta al-canzar el nivel previsto para su almacena-miento o exposicin. El xito depende engran manera del estado de la madera, quedebe ser razonablemente bueno para re-sistir las fuertes tensiones que se presen-tan y que pueden incluso originar el co-lapso de las zonas degradadas o del n-cleo de la pieza.

Durante el secado, las piezas debernestar protegidas frente al ataque de hon-

gos, algas y microbios mediante el uso debiocidas y las condiciones de temperatu-ra y luminosidad adecuadas.


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c) La liofilizacin es una tcnica tpica dedeshidratacin mediante sublimacin delagua congelada que evita el colapso delmaterial pues el hielo no manifiesta efec-

tos de presin capilar. La liofilizacin sinuna preparacin previa del material esdesaconsejable.

Para minimizar la contraccin y susefectos derivados, reviraduras y agrieta-miento, es necesario el reforzamientoprevio de la pared celular, substituyen-do el agua que la satura por un conso-lidante capaz de penetrar a saturacinen la pared celular, desplazando al agua,y reforzarla reduciendo su plasticidad;

simultneamente se logra evitar un po-tencial colapso si las paredes se hallanfuertemente degradadas.

El volumen de disolucin que llenalos espacios luminales contribuye, unavez solidificado y gracias entonces a surigidez mecnica, a mantener la estructu-ra; la presencia de solutos slidos que,una vez retirada el agua permanezcan enlos espacios luminales reforzando la es-tructura, es una alternativa de consolida-cin en situaciones de fuerte degradacindonde la pared celular es prcticamenteinexistente.

La tcnica de liofilizacin, as como lade secado en condiciones supercrtica,puede aplicarse a otros lquidos tras des-hidratar por substitucin.

La evidencia emprica seala que paraobtener mediante la liofilizacin un seca-do satisfactorio, sin daos, es fundamentalevitar la presencia de fases lquidas en lamuestra durante el proceso; ello exige man-tener la temperatura de la pieza por deba-jo de la temperatura eutctica de la disolu-cin consolidante. Al enfriar disolucionesdiluidas, primero se inicia la formacin decristales de hielo en el seno de la disolu-cin, y como consecuencia aumenta la con-

centracin y disminuye la presin de vapor.

Enfriando ms, el proceso continahasta alcanzar la concentracin eutctica;a partir de este momento, la extraccinde calor da lugar a la solidificacin de ladisolucin. En disoluciones concentra-das, precipita el exceso de soluto antesde solidificar la disolucin.

Uno de los problemas que afectan a lahomogeneidad a nivel microscpico es laformacin de cristales de hielo de tamaocomparable a las dimensiones celulares queadems daan mecnicamente la estructu-ra de la pared celular. Si bien seria desea-ble una congelacin rpida para formar mi-crocristales, menos perjudiciales y de msrpida sublimacin, a partir de cierto vo-lumen un enfriamiento rpido conduce afuertes diferencias de temperatura entre elinterior y la superficie con previsibles efec-tos dainos en la estructura; actualmente

se usan velocidades de enfriamiento lentasinferiores a 1 C/min.

El efecto se puede evitar impregnan-do hasta conseguir la concentracin eutc-tica en la madera o haciendo uso de nucle-adores de cristalizacin. Con posterioridadal secado, estas inhomogeneidades puedenser aliviadas segn autores mediante un ca-lentamiento posterior de la pieza para con-solidantes de bajo punto de fusin.

La sublimacin del hielo se logra man-teniendo una presin ambiental de vapor deagua inferior a la presin de vapor sobre el


kausis 592

Liofilizador del Departamento de Ciencias de laAntigedad de la Universidad de Zaragoza


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kausis 5 93


hielo gracias a una superficie fra de conden-sacin o bomba criognica que atrapa elvapor desprendido por la muestra y tambinal aporte de calor necesario, 620 caloras por

gramo de agua, para que la transicin de fasese lleve a efecto. Controlar este aporte ener-gtico es fundamental pues la velocidad desecado depende de la presin de vaporso-bre el hielo lo que exige que la temperaturade sublimacin se mantenga lo ms alta po-sible, mientras que evitar deterioros duranteel proceso exige no superar la temperaturade fusin de la disolucin consolidante.

La sublimacin tiene lugar en un fren-te de hielo separado del exterior por unared de capilares; a presiones inferiores ala presin de vapor de agua de la disolu-cin congelada, en vaco, la salida del va-por en los capilares viene gobernada, encondiciones de flujo molecular, por el gra-diente de presiones y la distancia del hie-lo a la superficie. Por otra parte, el retro-ceso del frente de hielo hacia el interiordificulta progresivamente la transferenciade calor ralentizando el secado si no secorrige. A presin atmosfrica, el flujo de

vapor en la madera tiene lugar por difu-sin y es notablemente ms lento, por elcontrario el flujo calorfico y el transpor-te de vapor en la cmara si se establecencorrientes de aire en ella mejoran.

Valores usuales en el proceso son: tem-peratura de la muestra entre -20 C y -30 C,de la superficie fra de condensacin entre-40 C y -60 C y la presin residual en lacmara sin carga inferior a 0,1 mbar.

Los procesos de consolidacin o im-pregnacin y de congelacin son determi-nantes del resultado. Entre los consolidan-tes de uso ms extendido, se halla el poli-

etilen-glicol (PEG). Estos compuestos,realmente xido de polioxietileno, estnconstituidos por polmeros cuya frmulaqumica es H(OCH2CH2)nOH. El PEG200 (n ~ 4) y el PEG 400 (n ~ 9), son l-quidos a temperatura ambiente, y penetrancon relativa facilidad en materiales orgni-cos empapados. El PEG 3000 y el PEG4000 (n ~ 90) son slidos a temperaturaambiente; de penetracin ms dificultosa,son adecuados para fortalecer materialesmuy deteriorados. Tambin son usadospolmeros de otros pesos moleculares:PEG 600, PEG 1000 y el 540 blendconstituido por una mezcla al 50% dePEG 300 y PEG 1500. Son solubles enagua y en alcoholes como el metanol, eta-nol, isopropanol y butanol terciario.

Es fundamental una distribucin uni-forme del consolidante a nivel macro- y mi-croscpico. La homogeneidad a nivel mi-croscpico requiere de un compuesto que

sea capaz de penetrar en la microestructu-ra capilar de la pared celular; dado que per-meabilidad y nivel de deterioro se contra-ponen, tpicamente maderas claramentedegradadas admiten substancias de pesomolecular alto, siendo la penetracin pro-blemtica en maderas en buen estado, don-de es recomendable usar compuestos depeso molecular bajo.

La concentracin eutctica de PEG en

agua, independientemente del peso mole-cular, se halla en torno al 0,55 en peso;sin embargo, las temperaturas de solidifi-cacin dependen del peso molecular ha-llndose entre -20 C para PEG ligero y-30 C para pesados. No obstante, se re-comienda que la concentracin en solu-ciones de PEG 200 y PEG 400, adecua-das para madera clase III, no debe exce-der el 20% en madera, en otro caso lasuperficie del objeto ser muy higrosc-pica y de aspecto hmedo o graso tras el

secado. En el tratamiento de maderas cla-se I, usando PEG 3000 o PEG 4000, laconcentracin recomendada debe aproxi-

PRESIN DE AIRE

(torr)

LIBRE RECORRIDO

MEDIO (?m) (a - 20C)

760 0,051

1,0 38,6

0,1 386

0,01 3860


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marse al 40% para procesos de liofiliza-cin y del 80% al 90% para impregnacin

a saturacin seguida de un secado contro-lado; por exceso, pueden aparecer dep-sitos blancos superficiales fciles de elimi-nar. En el tratamiento de maderas clase IIse usan mezclas, como el 540 blend, oincluso procesos sucesivos con consoli-dantes de diferente peso molecular desti-nados a la consolidacin del ncleo de cla-se C, por impregnacin de la pared celu-lar, y la periferia de clases B y A porrelleno de las cavidades luminales.

En la congelacin los PEG actancomo crioprotectores pues con su con-traccin compensan en gran medida, aun-que no ntegramente, la expansin del hie-lo al congelarse, y tras el secado actancomo agentes de estabilizacin dimensio-nal frente a cambios de humedad.

Alcanzar en el seno del material la con-centracin necesaria de consolidante paragarantizar resultados es un proceso lento,

que tardar semanas o incluso meses de-pendiendo del tamao de la pieza, del es-tado de degradacin, de que el tratamien-to se realice a vaco o a presin atmosf-rica y de la temperatura de la disolucin.

Es difcil definir un esquema de im-pregnacin en lneas generales y los crite-rios varan mucho de unos autores a otros.

Bsicamente los mecanismos de pe-netracin son dos:

- Una infiltracin rpida de la solucinen la madera por permeacin, substitu-

yendo al agua atrapada en ella; el motorson desequilibrios de presin motivados

por diferencias de densidad y capilaridadentre el medio externo y el interno. Afec-ta nicamente a las cavidades luminalesy supone un flujo de lquido estimativa-mente proporcional a la seccin y a lasdiferencias de presin e inversamenteproporcional a la viscosidad y longitudde las estructuras.

- Un intercambio difusivo lento debidoa la diferencia de concentraciones entrela madera y la disolucin externa y que

tiende a igualarlas. Mediante este meca-nismo el impregnante penetra en las ca-vidades no abiertas y posteriormente enla pared celular. La velocidad de estetransporte es dependiente del gradientede concentracin, del tamao moleculary de la temperatura y constituye el me-canismo fundamental de penetracin desales y otros compuestos solubles en elinterior de orgnicos empapados y de suextraccin en los procesos hmedos de

estabilizacin.

En general, las membranas biolgicasson impermeables a solutos orgnicos conmolculas grandes pero permeables al aguay solutos de pequeo tamao sin cargaelctrica. Si el soluto no puede atravesar lasmembranas, pero el disolvente s, el equi-librio de concentraciones entre los lados selogra atravesando el disolvente la membra-na, desarrollndose enormes presiones encavidades cerradas. Dicha presin, presin

osmtica, puede alcanzar valores superio-res a 2.105 pascales, capaz de destruir lapared celular; si la smosis afecta a la es-


kausis 594

En la imagen izquierda, madera de confera (s. I a. C.) tratada con PEG al 20% y liofilizada. Imagen derecha, dem, tras unproceso inadecuado de secado


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tructura microcapilar de las paredes, da lu-gar a una deshidratacin de stas con elconsiguiente encogimiento y aparicin defracturas. Por ello debe iniciarse el proce-

so de impregnacin con bajas concentra-ciones de consolidante, en caso contrario,la presin osmtica resultante inducir ladeshidratacin de las paredes celulares y elcolapso de las cavidades cerradas.

La eficiencia de los mtodos de pro-teccin de la muestra frente a cambios di-mensionales se cuantifica mediante el co-eficiente porcentual:

ASE = 100 x (CD0 CD/CD0)

donde CD es el cambio dimensional por-centual de la muestra tratada y CD0 sintratamiento. Los valores de ASE obteni-bles, 50 al 120%, dependen fuertemente

de la madera y su estado de degradacin,aumentando con la concentracin dePEG u otro consolidante en el interior.

Tras los procesos de estabilizacinreferidos las piezas suelen ser sensibles acambios de la humedad relativa y otrosagentes externos atmosfricos y al ata-que biolgico; ello requiere para su alma-cenamiento o exposicin una proteccinsuperficial o una atmsfera controlada yun control peridico de su estado, to-mando las oportunas medidas correcto-ras en su caso.

AGRADECIMIENTOS

Al Profesor Manuel Martn-Buenopor ofrecerme la posibilidad de colaborarcon su equipo.

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Amaré, J. Conservación restos madera subacuática. 2008

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