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ESCUELA DE CONSERVACIN Y RESTAURACIN DE OCCIDENTE
SECRETARA DE INNOVACIN CIENCIA Y TECNOLOGA
EVALUACIN DE PROPIEDADES FISICAS DE DOCE MATERIALES COMPUESTOS
ELABORADOS CON PARTCULAS DE CAA DE MAZ Y COLA KREMER FIHEILM,
MATERIALES QUE HAN SIDO USADOS EN EL RELLENO DE LAS OQUEDADES DE LA
ESCULTURA LIGERA
TESIS QUE PRESENTA
JUAN JOS RIVERA MORN
PARA OPTAR POR EL TTULO DE
LICENCIADO EN RESTAURACIN DE BIENES MUEBLES
DIRECTORES DE TESIS
DR. SALVADOR GARCA ENRQUEZ
LIC. MARTHA CECILIA GONZLEZ LPEZ
GUADALAJARA, JALISCO ABRIL DE 2014
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i
Contenido
I. Introduccin .................................................................................................................... 3
II. Marco Terico ................................................................................................................. 6
La tcnica de manufactura de la escultura ligera ...................................... 6
Las oquedades en la escultura ligera.................................................. 10
El uso del maz en la escultura ligera ....................................................... 14
Tallo ..................................................................................................... 15
Composicin qumica del tallo de maz ............................................... 17
Cola ............................................................................................................. 18
Composicin qumica ........................................................................... 19
Tipos de cola ......................................................................................... 23
Los materiales compuestos ........................................................................ 26
Propiedades fsico mecnicas ..................................................................... 29
Flexin.................................................................................................. 30
ndice de fluidez ................................................................................... 31
Secado ......................................................................................................... 33
III. Objetivo General ........................................................................................................ 36
Objetivos particulares ................................................................................ 36
IV. Experimentacin ........................................................................................................ 36
Preparacin de materiales ......................................................................... 38
Obtencin de partculas de caa de maz ........................................... 38
Dilucin de cola .................................................................................... 41
Metodologa de elaboracin de composites ................................................ 41
Evaluacin del tiempo de secado ............................................................... 43
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ii
ndice de fluidez ......................................................................................... 46
Resistencia a la flexin .............................................................................. 47
Cambios dimensionales por secado ........................................................... 48
V. Resultados y Discusin .................................................................................................. 50
Preparacin de materiales ......................................................................... 50
Dimensionado de fibras ....................................................................... 50
Dilucin de la Cola y preparacin de los composites ........................ 52
Metodologa de elaboracin de composites ................................................ 52
Evaluacin de tiempo de secado ................................................................ 53
ndice de fluidez ......................................................................................... 66
Resistencia a la flexin .............................................................................. 71
Cambios dimensionales ............................................................................. 81
VI. Conclusiones .............................................................................................................. 88
VII. Bibliografa ................................................................................................................. 89
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I. Introduccin
A raz de la infestacin de insectos xilfagos las esculturas ligeras en caa de maz suelen
tener prdidas importantes de su soporte estructural. Los materiales del interior tienen un
alto contenido de celulosa, a diferencia de la base de preparacin y la policroma que
contienen altas proporciones de material inorgnico. Cuando un insecto penetra en la
escultura degrada la estructura interna, dejando huecos que generan inestabilidad en la
base de preparacin y policroma (estratos pictricos).
Cuando un insecto ha degradado el interior de una escultura, en la mayora de los casos el
nico punto de acceso es un orificio que se ha creado en los estratos pictricos durante la
entrada o salida del insecto. Por lo tanto los materiales de restauracin empleados adems
de la resistencia necesaria en estado slido, en estado hmedo debern tener propiedades
de fluidez muy especficas para que penetren a travs de dichos orificios hasta lo ms
profundo de la afectacin.
Adems de la escultura ligera, sta problemtica tambin es comn en la escultura
policromada en madera, sin embargo las propiedades fsicas que demandan los materiales
de restauracin podran ser diferentes. No pueden se homologados los procesos de
restauracin de la escultura ligera con los de la escultura policromada sin que exista un
estudio que lo demuestre. En primer lugar los materiales de la tcnica de factura no son
iguales, asimismo la conformacin estructural de los objetos difieren lo suficiente como
para hacer un enfoque especfico a cada tipo de objeto.
A nivel internacional existen productos como el Balsite que han sido diseados
especficamente para atender este problema que presenta la madera. En el contexto
mexicano tambin existen investigaciones recientes (Brizuela, 2013), propone una
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Introduccin
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metodologa para el relleno de las oquedades en escultura policromada en madera usando
un material compuesto formulado con aserrn de pino y Paraloid B72.
El estudio de los materiales de restauracin para le escultura ligera no ha tenido el mismo
avance. En Mxico, despus de hacer una revisin en los informes de restauracin de la
Escuela de Conservacin y Restauracin de Occidente (ECRO), la Escuela Nacional de
Conservacin Restauracin y Museografa Manuel del Castillo Negrete (ENCRyM) y el
archivo "Paul Coremans" de la Coordinacin Nacional de Restauracin del Patrimonio
Cultural (CNRPC) se encontr que esta problemtica no se ha abordado sistemticamente
ya que no se mencionan las formulaciones usadas ni se reporta un estudio que sustente las
propiedades del material despus de la aplicacin.
En su tesis, Sofa Martnez (1987) hace recomendaciones sobre los tratamientos que en ese
tiempo llevaban las esculturas ligeras que haban sido atacadas por insectos xilfagos. En el
texto se describe que primero deba hacerse una consolidacin de las paredes de los
orificios posteriormente aplicar un resane (refirindose al relleno de las galeras de los
insectos) para taponearlo y devolver la homogeneidad a la pieza.
Los materiales que se describen para los procedimientos son de diferentes orgenes. Para
el primer procedimiento, la consolidacin, menciona que son buenos materiales: la cola
diluida y el acetato de polivinilo. Para el caso del resane menciona que puede ser
utilizado el papel japons aglutinado con CMC y grenetina; fragmentos de madera balsa;
cera resina o mezclas de polmeros sintticos como poliestireno o Mowilith DM4 con
carbonato de calcio y Paraloid B72 con aserrn de madera.
Segn informes de restauracin, propuestas y recomendaciones encontrados en la CNRPC
el uso de los materiales naturales mencionados por Martnez (1987) ha persistido. Incluso
en informes de restauracin del 2007 (Elizalde, Hernndez, Martnez, Garca, & Arias) se ha
usado la pasta de caa para rellenar los orificios de los insectos. Sin embargo en ninguno de
los textos anteriores se menciona la manera exacta de preparar los materiales. Con
frecuencia se menciona la concentracin del aglutinante pero no se menciona la proporcin
entre aglutinante diluido y la carga.
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Introduccin
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Evidentemente en el campo de la restauracin los materiales denominados tradicionales
siguen teniendo un uso importante por los restauradores mexicanos. Sin embargo la
evaluacin de estos materiales en su mayora han sido de manera organolptica durante el
desarrollo de la intervencin. Con esta tesis se propone que los materiales de restauracin
de la escultura ligera tengan un enfoque especfico, y que su uso se respalde en un estudio
formal antes de ser aplicados en las piezas con valor patrimonial.
El documento est estructurado en dos grandes bloques: el terico y el experimental. El
bloque terico comprende el captulo dos, en l se hace una revisin de conceptos
generales y se brinda informacin que permite comprender el problema de las oquedades
en la escultura ligera y otros conceptos que sern retomados en el bloque experimental. En
el bloque experimental, despus de plantear los objetivos y establecer la metodologa se
describe de manera precisa el procedimiento realizado. Luego se muestran los resultados
obtenidos y finalmente se concluye la investigacin. Cabe mencionar que adems de esto
tambin se anexa la bibliografa citada y anexos pertinentes a la investigacin.
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II. Marco Terico
Como parte del marco terico se abordaran fundamentalmente 3 temas 1) la escultura
ligera en caa de maz, 2) Algunos de sus materiales constitutivos (mismos que sern usados
en la formulacin de un material compuesto); y 3) los materiales compuestos y sus
propiedades.
La estructura que ser llevada consiste en describir la tcnica de manufactura de las
esculturas ligeras y con ello la problemtica que generan las oquedades. Posteriormente se
har una revisin sobre el maz y la cola animal, estos ltimos apartados cumplen con dos
objetivos el primero relacionado con la comprensin de la tcnica de factura de la escultura
ligera y el segundo con la composicin de los materiales compuestos que en esta tesis se
estudian.
Partes de la planta de maz y la cola comnmente se encuentran en la tcnica de
manufactura de la escultura ligera; la planta de maz en el soporte y la cola como adhesivo
y aglutinante de la llamada pasta de caa y de las bases de preparacin. Adems dichos
materiales tambin sern usados en la formulacin de materiales compuestos mismos que
sern estudiados en el apartado experimental de esta tesis. Cncer
Generalidades de la tcnica de manufactura de la escultura ligera.
El trmino escultura ligera se ha empleado entre historiadores y restauradores para
diferenciar a un grupo general de esculturas de bajo peso de las esculturas talladas en
maderas duras o compactas (Ramrez, 2010, pp. 13-14). Con ello se hace referencia a la
intencionalidad de obtener esculturas de bajo peso para ser transportadas fcilmente y no
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Marco Terico
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tanto al peso de las obras, ya que existen esculturas no consideradas como esculturas
ligeras por su tcnica de manufactura con menor peso que esculturas consideradas ligeras,
como puede ser el caso de algunas esculturas de telas encoladas y para vestir (de
candelabro).
Este trmino engloba una serie de variaciones tcnicas que tienen como comn
denominador el uso de materiales que aportan poco peso. Las variaciones suelen estar
relacionadas con el tipo y tamao de la escultura, la disponibilidad de materiales, y con la
formacin o habilidad del maestro o taller.
Respeto los materiales que aportan poco peso que suelen ser utilizados en las diversas
tcnicas de manufactura, existe una gran variedad. En la policroma bsicamente se
emplean los mismos materiales que en la escultura policromada en madera (Marrero,
2002). Sin embargo los materiales particulares la escultura ligera ms recurrentes en
Mxico son la caa de maz, madera de colorn o zompantle, papeles americanos y
europeos, y quiote.
Especficamente la planta de la caa de maz ha sido usada de diferentes maneras. Los tallos
pueden formar parte de la estructura principal o pueden ser parte del volumen y de los
detalles anatmicos de las piezas, sin ser excluyente un uso del otro.
Cuando cumple una funcin estructural la caa de maz se encuentra con o sin corteza en
forma de atados al interior de la escultura. Cuando es utilizada para la creacin de
volmenes escultricos la caa puede ser usada de diferentes maneras. Frecuentemente el
tallo es seccionado o adherido entero a la estructura para obtener la forma deseada.
Tambin puede ser utilizada a manera de pasta (pasta de caa), el tallo es molido y
aglutinado y posteriormente aplicado con volmenes especficos.
Pablo Amador menciona que la granulometra con fue molido el tallo vara dependiendo del
taller de produccin. Respecto al aglutinante, mucho se ha mencionado sobre el tatzingue,
el cual se obtena a partir de los bulbos de algunas orqudeas, sin embargo, estudios han
encontrado que se trata de cola(Balbs, 2013), esta mencin ya se hace desde las crnicas
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Marco Terico
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de intervencin del Cristo de Izmiquilpan en 1845. Sin embargo hacen falta estudios ms
amplios que ayuden a dilucidar el tipo de aglutinados usados.
Adems del tallo, tambin fueron aprovechadas, en algunos tipos de esculturas,
principalmente las hojas y la corteza. Se ha usado la hoja seca doblada y atada o cortada
para dar soporte o tambin se ha incluido molida en la pasta. Respecto a la corteza se ha
usado como elemento de sujecin a manera de astillas.
Se ha registrado que las caas de maz usadas en la tcnica de manufactura eran cortadas
dos das despus de la cosecha(Figueroa, 2011, p. 142). Esto ha contribuido a disminuir la
posibilidad del ataque biolgico en este tipo de esculturas ya que durante la produccin de
la mazorca, se transportan almidn y azucares desde el tallo hasta el fruto, siendo estas
sustancias las atractivas de diversos tipos de insectos y algunos hongos. Al parecer, para
disminuir an ms el contenido de azucares, y proteger el material de ataques de distintos
organismos (insectos, hongos) se realizaban lavados o se sometan a un proceso de coccin
con plantas que contenan sustancias con propiedades biocidas (Balbs, 2013, p. 88).
Aunque existen mltiples variantes tcnicas que se han reportado de la escultura ligera, de
manera general se pueden distinguir y dividir en dos tipos segn su estructura interna.
Esculturas huecas y esculturas con ncleo de algn material (Diego p88). Las esculturas
huecas en la mayora de los casos involucra el uso de papel reutilizado y las segundas
siguen la lgica de los embones de madera para dar volumen forma general a la escultura.
(Balbs, 2013, p. 88) (Figura II-1).
Segn Pablo Amador Marrero, las esculturas huecas se elaboraban a base de moldes que
podran haber sido de arcilla o madera. Sobre dichos moldes se superponan fragmentos de
tela o pliegos de papel encolado hasta obtener un espesor que asegurara su estabilidad,
siempre tomando en cuenta que la horma obtenida fungira como el soporte de la escultura.
Los moldes pudieron haber tenido la forma de la escultura completa o de secciones que se
elaboraban por separado y que finalmente eran unidos mediante costuras o por medio de
lienzos del mismo material. En general se ha registrado el uso de un molde para el anverso
y otro para el reverso (Balbs, 2013, p. 89).
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Marco Terico
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Dichas estructuras de papel frecuentemente eran reforzadas en los puntos de mayor
desgaste como lo son las manos, brazos y pies, inclusive es recurrente que estos elementos
se encuentren completamente tallados en madera. Para ello se utilizaban maderas ligeras
entre ellas colorn, pino o fragmentos de quiote (Balbs, 2013; Marrero, 2002; Ramrez,
2010).
La segunda tipologa de estructuras a grande rasgos consiste en la unin de elementos
estructurales que proporcionan un volumen general a la escultura. Con frecuencia se trata
de tallos de caa de maz, con o sin corteza, atados con fibras naturales (Figura II-1 y Figura
II-2).
Posteriormente, sobre la estructura principal, ya sea hueca o con ncleo interno o atado de
caas, se afina el volumen aadiendo material mediante diferentes tcnicas, sin ser
excluyentes entre s. Se han identificado secciones de mdulas de caa de maz
descortezada y modelada mediante presin; pasta de caa de maz modelada (Figura II-2)
o textiles endurecidos mediante la aplicacin de encolados. Muchos Cristos poseen sobre
la estructura de caa y masillas una capa de papel a modo de piel (Marrero, 2002; Pablo,
2010) con lo que se daba la forma anatmica definitiva.
Luego que se ha conseguido el volumen final de la escultura mediante las diferentes
tcnicas, la escultura era policromada de manera muy similar al procedimiento utilizado en
la escultura en madera.
La policroma inicia con los estratos preparativos. Estos consisten en sucesivas manos de
carbonato de calcio o sulfato de calcio aglutinado con cola1 (Marrero, 2002) aplicadas sobre
una imprimacin. La imprimacin consiste en una capa de cola aplicada directamente sobre
la forma escultrica.
Sobre la base de preparacin se vuelve aplicar otra capa de cola animal que cierra su
porosidad y limita la absorcin del aglutinante de la capa pictrica que corresponde al
1 Las colas animales son coloides hidrfilos, es decir que presentan una afinidad hacia el agua; las partculas de cola absorben el agua fra y se hinchan(Sofa, 2012, p. 49)
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Marco Terico
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siguiente estrato aplicado. La capa pictrica consiste en pigmentos aglutinados al temple o
al leo. Gran parte de estos pigmentos son de origen animal y mineral, y en menor
proporcin vegetales como el negro de humo (Marrero, 2002, p. 78).
Las oquedades en la escultura ligera
En cualquiera de sus variantes, la tcnica de manufactura de la escultura ligera con caa de
maz suscribe la formacin de espacios vacos en su interior. Como se ilustra en la Figura
II-1, en el caso de las esculturas con atados de caa en su estructura, existen intersticios,
por otro lado en las figuras de huecas o de papeln la estructura se conforma por una horma
de papel totalmente hueca. Sin embargo es importante distinguir estos espacios de aquellos
que han sido formados a raz de un deterioro.
Segn el diccionario de la Real Academia Espaola (2001) los espacios vacos de un cuerpo
slido se definen como oquedad. En sentido estricto los espacios caractersticos de la
tcnica entran en la definicin, sin embargo es conveniente reservar el trmino para
referirse a los espacios vacos de connotacin negativa que representan un problema para
la conservacin de las obras (Figura II-2).
Figura II-1 El esquema muestra una comparativa de las dos variantes de escultura ligera, a) ilustra la estructura hecha con caa y b) la estructura interna con cartn. (Ilustraciones del autor)
a) b)
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Marco Terico
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Uno de los deterioros ms frecuentes en los objetos culturales con contenido de celulosa
es el debilitamiento estructural o la prdida de sustratos completos a raz de la infestacin
de organismos xilfagos. Son varios los organismos clasificados como xilfagos abarcando
hongos, bacterias e insectos2. Sin embargo son los insectos los que merecen especial
atencin ya que son los causantes de problemticas ms serias en las esculturas
policromadas (Saccarello, 2010).
Existen dos rdenes de insectos xilfagos, los ispteros y los colepteros (comnmente
conocidos como termitas y escarabajos respectivamente). Los ispteros son insectos
sociales que viven en colonias formadas por castas. Su organizacin es muy compleja y
puede llegar a albergar millones de individuos por lo tanto las afectaciones que causan en
el patrimonio tambin son muy graves. Respecto a los colepteros la familia que consume
la celulosa es anobiidae. A diferencia de las termitas no son insectos sociales, tienen una
metamorfosis completa, siendo las larvas las que desarrollan mandbulas muy fuertes para
alimentarse de la madera (Chagoyn, 2007).
La infestacin de estos organismos suele ser detectados cuando el problema est avanzado
ya que se refugian en los estratos ms internos de la escultura por ser rganismos fotfagos.
En el caso de las termitas nunca salen a la luz sino que la infestacin se lleva a cabo a travs
de galeras subterrneas que excavan hasta la fuente de celulosa. Por otro lado los anbidos
logran ingresar en las esculturas luego de la deposicin de huevos por parte de la hembra
en rendijas o grietas; los anbidos se alimentan y desarrollan en el interior de la escultura
por un tiempo variable de 1 a 8 aos y nicamente salen para la reproduccin (Liotta, 2000).
2 Cabe mencionar que los insectos xilfagos aprovechan la celulosa a partir de la simbiosis con bacterias o protozoos y no por un sistema digestivo propio. (Liotta, 2000)
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Marco Terico
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Figura II-2 El esquema muestra fotogramas de las tomografas realizadas a las esculturas del Santo Entierro de Nuestra Seora de la Soledad (a) y del Cristo del Perdn de Jacona (b). Se seala el espacio vaco como parte de la tcnica de manufactura de las esculturas huecas(a) y con ncleo de caas en el interior (b). Tambin se seala las mdulas y la pasta de caa el volumen donde es ms susceptible es ms susceptible encontrar un debilitamiento estructural por oquedades. Por ltimo se muestran los estratos pictricos conformados a su vez por la base de preparacin y la policroma. (ilustracin del autor basado en a) (Balbs, 2013, p. 172), b) (Aldana, Morn, Glvez, & Villalobos, 2012))
La deteccin de ste problema ocurre cuando se observan orificios de salida en los estratos
pictricos por los anbidos; cuando se encuentra polvillo (excretas) cerca de la escultura o
cuando se escucha el golpeteo de sus mandbulas. Tambin puede ocurrir que la deteccin
solo se descubra hasta el colapso de los objetos (Liotta, 2000).
No es poca la bibliografa que se tiene sobre la degradacin de la madera por insectos
xilfagos, incluso se tienen estudios sobre la forma de las galeras que causan los insectos
b)
a)
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Marco Terico
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en diferentes tipos de madera. Especficamente sobre el comportamiento de los insectos
dentro de una escultura ligera la bibliografa es menor, limitndose a informes de
restauracin que registran la infestacin a menudo por colepteros.
Sin embargo ya desde el conocimiento de la tcnica de manufactura de la escultura ligera
se advierte la susceptibilidad de este tipo de objetos a la degradacin estructural por
insectos xilfagos ya que como se especific anteriormente los principales materiales son
caa de maz, papel y textiles. No obstante la policroma al tener un alto contenido de
material inorgnico en las bases de preparacin, permanece intacta por estos organismos,
siendo inclusive una barrera que les permite el consumo de la estructura interna sin
exponerse a la luz.
Cuando esto ocurre se genera una oquedad en la escultura ligera. Al no existir un soporte
estructural las capas ms externas quedan desprovistas de una estructura que asegure su
conservacin. La base de preparacin es un estrato rgido que mantiene la forma aun sin la
estructura interna sin embargo es sumamente frgil a romperse por acciones mecnicas
(Figura II-3).
Los informes de restauracin son la fuente primaria para hacer un acercamiento a la forma
de las galeras, sin embargo las descripciones que se hacen son muy generales. Por el
momento basta con saber que los faltantes internos pueden alcanzar dimensiones grandes.
En el informe de restauracin del Cristo del Perdn de Jacona (Aldana et al., 2012) se
menciona que al insertar un alambre por uno de los orificios de salida se detect que uno
de los dedos se encontraba totalmente hueco. (La Figura II-3 (a) ilustra cmo pudo haber
sido este deterioro, con la diferencia que el dedo se encontraba completo nicamente con
un orificio similar a los mostrados en Figura II-3 (b)).
Por su parte el Dr. Pablo Amador Marrero, durante la intervencin del Cristo de Telde
identific que la oreja de la escultura estaba hueca. A raz del ataque de insectos se haba
consumido el interior de la oreja quedando en su totalidad hueca, conservndose
nicamente los estratos pictricos y suficiente soporte como para que no se
hundiera(Marrero, 2002).
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Marco Terico
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Otros informes de restauracin mencionan que durante la intervencin se detectaron zonas
con un grado de ataque muy alto de modo que se decidi reemplazar el rea afectada con
fragmentos de caa.(Elizalde et al., 2007) Cabe mencionar que para este caso la zona
atacada se encontraba accesible ya que el problema se identific al desprender un brazo de
la escultura que haba sido colocado durante una intervencin anterior.
Figura II-3 a) Se muestra la prdida del soporte en la escultura, conservndose nicamente los estratos pictricos. b) se muestra los orificios de salida de los anbidos en la base de preparacin de una escultura ligera ( a)Ilustracin del autor b) (Jimnez et al., 2012)
Recapitulando esta problemtica, las oquedades surgen a raz de una accin degradante, y
el problema ms grave que representan es el dejar desprovista a los estratos pictricos de
un soporte firme que asegure su conservacin. Al no existir la estructura interna la base de
preparacin queda sumamente susceptible a romperse por acciones mecnicas.
El maz y la escultura ligera
Uno de los elementos de mayor importancia para las sociedades prehispnicas fue el maz.
No solo se trata de un valor nutritivo sino que tambin jug un rol mstico muy arraigado.
Existen relatos mticos en los que se menciona que los dioses crearon al ser humano a partir
de la masa del maz por lo que sta planta fue considerada carne misma del hombre. (Lpez,
2006)
Otras crnicas de los conquistadores describen el uso del maz en rituales y en la fabricacin
de dolos. Mencionan que a partir de los granos de maz se formaba una masa a la que se la
a) b)
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Marco Terico
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aada sangre humana y con esto se daba forma a los dioses que seran adorados (Elizalde
et al.).
Tiempo despus en la conjugacin de tcnicas artsticas europeas y americanas el uso del
maz como elemento mstico perdura. La fabricacin de las esculturas ligeras con caa de
maz no solo responde a la eleccin de un material ligero sino tambin a la relacin divina
que persista en las sociedades indgenas novohispanas.
Desde el punto de vista material, la planta del maz ofrece una serie de ventajas que
permitieron su utilizacin en la tcnica de factura de las esculturas ligeras. Por un lado al
ser una especie sumamente cultivada, la disponibilidad del material fue basta, por otro lado
sus caractersticas morfolgicas permiten la creacin de grandes volmenes poco densos
que ofrecen una gran resistencia.
Taxonmicamente el maz corresponde al reino vegetal, divisin tracheophyta, subdivisin
pteropsidae, clase angioesperma, subclase monocotiledonae, grupo glumiflora, orden
graminales, familia poaceae, subfamilia panicoideae, tribus sacchareae, subtribus tripsacinae,
genus zea, species Z. mays (Flores, 2008, p. 39; United States Departament of Agriculture).
En Latinoamrica se conocen cerca de 220 especies de maz, para esta investigacin se usar
el hibrido H-311 el cual es actualmente promovido por la Productora Nacional de Semillas.
Los rganos que componen la planta de maz son el tallo, las hojas un sistema radicular, y
las inflorescencias. Para sta investigacin se har especial nfasis en el tallo debido es el
principal componente de las esculturas ligeras en caa de maz y es el nico rgano utilizado
como materia prima en el material compuesto que ser estudiado.
Morfologa de tallo
El tallo de la planta de maz es un rgano que cumple con funciones estructurales; al ser un
vstago permite la elevacin de las hojas para que realicen la fotosntesis. Tambin realiza
el transporte de nutrientes y azucares y funge como almacn de los carbohidratos que sern
conducidos al grano para su maduracin.
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Marco Terico
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Morfolgicamente, el tallo est constituido por una serie alterna de nudos y entrenudos,
normalmente son de 8 a 21 nudos aunque la cantidad difiere de acuerdo a la variedad y
las condiciones geoclimticas. Los entrenudos de la parte inferior suelen ser ms cortos y
gruesos que los superiores, llegan a medir entre 5 y 40 cm de longitud y el tallo en total
puede medir desde menos de 50 cm, hasta ms de 6 m de longitud (Flores, 2008, p. 41).
El grosor en su nivel medio de una planta madura puede ser de menos de uno hasta 4 cm.
Todos los entrenudos tienen una estructura similar, excepto los primeros dos, los cuales
constituyen una transicin de la raz al tallo (Kiesselbach, 1949). En un corte transversal del
tallo de maz se puede observar diferentes estratos, en la parte ms externa se encuentra
la epidermis, seguido de la corteza y el parnquima.
El tejido epidrmico est formado por clulas con paredes delgadas lignificadas y asociadas
con cristales de slice,(Raisman & Gonzales, 2013) exteriormente est cubierta por cutinas
y ceras. La corteza est constituida por un nmero variable de capas de tejido
esclerenquimtico (tejidos de sostn y esquelticos), las fibras que la conforman son ms
largas que los elementos fibrosos del interior del tallo. (Sandoval & BuenRostro, 1996)
El tejido parenquimatoso o mdula, est constituido por clulas de forma polidrica3,
(Figura II-4) con paredes celulares muy flexibles y delgadas. Se conforma por una red de
clulas interconectadas por medio de puntiaduras, de esta manera se facilita el
almacenamiento y la conduccin de nutrientes. (Raisman & Gonzales, 2013). Este tejido
envuelven los haces fibrovasculares del xilema y del floema, los cuales su vez presentan
una capa de epidermis y esclernquima.
Como puede observarse, el trmino mdula se usa para referirse especficamente al tejido
parenquimtico, sin incluir los haces fibrosos, de aqu en adelante para sta investigacin,
con mdula se har referencia a el conjunto de tejidos que conforman el interior del tallo
de maz (tejido parenquimtico y haces fibrosos).
3 La forma de las clulas determinar la forma de las partculas del material compuesto.
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Marco Terico
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Los nudos son zonas de crecimiento de los entrenudos, en esta parte se forma una red
nodal en que los haces vasculares que se distribuyen a lo largo de los entrenudos se
empaquetan por pequeos haces cruzados. Esta red es la que mayormente ocupa el espacio
por lo que no hay poco lugar donde se desarrollen las clulas parenquimticas. Adems
Sheia Colunga tambin reporta a los nudos como la zona de mayor concentracin de
almidn.
Composicin qumica del tallo de maz
Desde el punto de vista qumico la planta del maz es un material lignocelulcico. Cundo se
habla de un material lignocelulcico se refiere a que la composicin de dicho material
consta principalmente de celulosa, hemicelulosa y lignina.
La lignocelulosa es produca durante la fotosntesis y es el principal componente de las
paredes celulares, la proporcin de esto tres polmeros es muy variable, depende de la
especie del vegetal y de la edad de la planta. Al ser el maz una planta de crecimiento anual
la acumulacin de lignina es menor que en los vegetales denominados maderables. Prinsen
reporta que el contenido de celulosa en el rastrojo de maz es del 37.69% de lignina el
18.59% y de hemicelulosa un aproximado de 28.27; el resto de la materia lo conforman
materiales inorgnicos y extrables. (2010)
Figura II-4 a) Se observan los tejidos elementales que conforman el tallo de maz b) Se esquematiza la forma tridimensional de una clula parenquimatosa, se observa la forma polidrica. (Ilustraciones basadas en (Garca, Diego, & Pacheco)
a) b)
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Marco Terico
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La celulosa es un polmero destrgiro de glucosa unido por enlaces glucosdicos -1-4. El
tamao de la cadena normalmente es de 10,000 monmeros unidos de manera lineal. Su
estructura es cristalina, ya que la formacin de largas cadenas facilita las interacciones por
puentes de hidrogeno y Van de Waals. Estas caractersticas qumicas hacen de la celulosa
un material muy resistente e insoluble.(Cuervo, Folch, & Quiroz, 2009)
La hemicelulosa tambin est formado por enlaces -1-4 sin embargo los monmeros son
muy variables, pueden ser xilosa, arabinosa, galactosa, manosa, glucosa y cido
glucurnico. Su estructura es ramificada, sus ramificaciones normalmente son de 1 a 4
unidades. Su funcin biolgica principal es interaccionar con la lignina y la celulosa para
proporcionar a la pared celular propiedades de esto dos polmeros.
Por su parte la lignina es un heteropolmero amorfo compueto principalmente por
alcoholes aromticos. Su funcin principal es brindar rigidez a la pared celular adems que
desempea funciones de transporte de agua y nutrientes en el sistema vascular.(Cuervo et
al., 2009; Prinsen, 2010)
Cola
La cola animal es un adhesivo hecho con base en el colgeno, ha sido aprovechado desde
la antigedad gracias a su accesibilidad y sus magnficas propiedades adherentes. Hasta
antes del desarrollo de los productos sintticos, la cola animal fue el adhesivo mas
empleado por los humanos.(Sofa, 2012)
No se conoce con certeza desde cuando comenz a utilizarse la cola, sin embargo existen
referencias que mencionan que ya los sumerios y egipcios utilizaban este
adhesivo.(Brockmann, Gei?, Klingen, & Mikhail, 2009). En el arte, comnmente es
encontrada como material constitutivo de obras elaboradas con la tcnica tradicional,
principalmente en la unin de elementos de madera o piel; tambin se ha usado como
aglutinante en los temples a la cola para la formar la capa pictrica o los estratos
preparatorios.
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Marco Terico
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Especficamente en el campo de la restauracin, la cola es un material muy verstil que ha
tenido diversas aplicaciones. Ha desempeado un papel fundamental en la unin de
fragmentos de madera, como adhesivo en encuadernaciones de piel o pergamino, en el
encolado de papeles, como consolidante o fijativo de capas pictricas, como ingrediente en
las formulaciones usadas para adherir los reentelados en pintura de caballete entre otros
usos.
En el mercado existen una amplia diversidad de este producto, a grandes rasgos existen las
colas provenientes de mamferos como bovinos, conejos, cerdos etc.; y las colas que se
extraen de partes de peces como de la vejiga natatoria de esturin (isinglass) y cartlagos,
pieles y huesos de otros peces como el bacalao. En ste captulo, se har especial nfasis
en la cola de pescado ya que ser la usada en la formulacin de los materiales compuestos.
Composicin qumica
Las gelatinas y colas son sustancias proticas de diferente pureza provenientes de la
desnaturalizacin del colgeno (Bailach Bartra, Fuster Lpez, Yusa Marco, Talens Oliag, &
Vicente Palomino, p. 17) . El colgeno es la protena animal ms importante, es una protena
fibrosa de sostn que se encuentra presente en la conformacin de la piel, huesos,
cartlagos, tendones y ligamentos entre otros tejidos. Existen 28 diferentes tipos de
colgeno4, todos con diferentes funciones dentro del organismo y por lo tanto con
variaciones qumicas entre los distintos tipos. Las diferencias que existen entre los tipos de
colgeno son principalmente la secuencia y el contenido de ciertos aminocidos, sin
embargo la caracterstica que engloba estas 28 variedades es la estructura helicoidal o
tambin llamada tropocolgeno. (Shoulders & Raines, 2009)
El colgeno es una molcula de triple hlice polipptida, (Figura II-6) es decir cada hlice
se compone de largas secuencias de aminocidos unidos de manera especfica por enlaces
4 El colgeno tipo I es el ms frecuente en todos los tejidos() oscila entre el 80% y 90% (Arias J, 1990 p.117)
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Marco Terico
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peptdicos. Los aminocidos son las unidades bsicas o monmeros a partir de las cuales se
forman todas las protenas.
La mayora de las protenas contienen los 20 tipos o la mayor parte de aminocidos sin
embargo no siempre es as. En la Tabla II-1 se especifican las proporciones de aminocido
presentes en la cola de pescado5
Una vez formada la protena las unidades estructurales del polmero se denominan residuo
de aminocido(Voet, Voet, & Pratt, 2007). Estos con frecuencia presentan modificaciones
a su estructura inicial. Algunas de las modificaciones son la adicin de grupos qumicos
como la hidroxilacin, la metilacin, la acetilacin etc. Una de estas modificaciones que es
importante para el estudio del colgeno es la Hidroxiprolina, la cual resulta de la
hidroxilacin de la prolina mediante un proceso biolgico.
Tabla II-1: Porcentaje de aminocidos en el colgeno tipo I de la piel de pescado
Aminocido % Aminocido % Aminocido %
Alanina 11,9 Isoleucina 0,8 Serina 3,2
Arginina 5,8 Leucina 2,0 Treonina 2,2
Asparagina 4,2 Lisina 2,0 Triptfano 0
Glutamina 6,9 Metionina 0,5 Tirosina 0,3
Glicina 35,6 Fenilalanina 1,3 Valina 1,7
Histidina 0,6 Prolina 12,8 4 - hidroxiprolina 8,2
(Serrano Gaona, 2011)
Se ha identificado que la estructura principal de cualquier tipo de colgeno es la secuencia:
X-Y-Gly (Yalova & Ulusu, 2007). Es decir dentro de cada cadena poliptida que forman la
triple hlice, se encuentra la Glicina cada tres monmeros. Mientras que X y Y pueden
5 En la mayora de los casos, no existe un aminocido especfico que permita diferenciar una protena de otra. Sin
embargo, se puede hacer un estudio de las proporciones de cada aminocido y compararlo con tablas preestablecidas para
las principales protenas utilizadas en las obras de arte.(Bailach Bartra et al., p. 19)
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Marco Terico
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ser cualquier aminocido, frecuentemente son prolina (Pro) e Hidroxiprolina
respectivamente (Figura II-5Error! No se encuentra el origen de la referencia.). Estos
ltimos aminocidos en el colgeno de pescado pueden variar mucho, todo depende del
ambiente de crecimiento del pescado(Serrano Gaona, 2011), sin embargo no sern mayores
a los contenidos en mamferos (Schellmann, 2007). A esto se debe que el colgeno extrado
del pescado, suela tener punto de fusin ms bajo que el colgeno de bovinos.
Figura II-5 Se muestra la molcula sugerida para el colgeno (Pearson, 2003). En el rectngulo de la izquierda se seala el
residuo aminocido de la prolina, al centro de la glicina y a la izquierda de la hidorxiprolina. Es notoria la tendencia de la
molcula a formar puentes de hidrgeno por la presencia de enlaces hidrxido (OH) y amino (NH). A la vez tambin se
pueden identificar regiones no polares o hidrofbicas. (Ilustracin basada en (Charles L, 2003))
La distribucin de la glicina dentro de las cadenas del colgeno cumple un papel importante
en la conformacin de triple hlice. La glicina es un aminocido pequeo sin
ramificaciones, estas caractersticas son las que la mantiene en el interior de la triple
hlice, mientras el resto de los aminocidos se sitan a su alrededor, y es precisamente el
tamao de la prolina e hidroxiprolina los que favorecen el ngulo de giro y le brindan
rigidez a la estructura por medio de puentes de hidrgeno entre las tres cadenas de
aminocidos. Los enlaces por puente de hidrgeno () se dan entre el hidroxilo de la prolina
e hidroxiprolina y los hidrgenos del grupo amino de las unidades de glicina adyacentes
(Bailach Bartra et al., p. 19).
Figura II-6 : En la imagen se representa la triple hlice de cadenas de aminocidos y sus interacciones
intermoleculares. (Shoulders, Kamer, & Raines, 2009)
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Marco Terico
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La transformacin del colgeno en cola animal implica su desnaturalizacin: el rompimiento
de los puentes de hidrgeno, y la disminucin del peso molecular de las cadenas de
aminocido. De esta manera se obtienen molculas ms pequeas y amorfas que son
capaces de formar soluciones con agua, pero no se llegan a disolver en ella, sino que se
agregan en forma de grandes micelas dando lugar a una dispersin coloidal (Bailach Bartra
et al., p. 18).
En solucin acuosa, las cadenas polipptidas toman una configuracin lineal (Charles L,
2003) y se agrupan en micelas, de manera que su parte hidroflica se pone en contacto con
el agua y la parte hidrofbica se concentra en el ncleo de la micela. Es por sta razn que
la cola es tan sensible a los cambios de pH, ya que acidificar o alcalinizar la solucin aportara
nuevas cargas que cambiaran la configuracin del sistema (Bailach Bartra et al.).
La prdida de la estructura del colgeno en la cola es irreversible, sin embargo con el secado
y la disminucin de la temperatura las cadenas polipeptidas tienden a formas nuevamente
hlices similares a la del colgeno. Al encontrarse las molculas hlice en desorden y no
alineadas, la interaccin entre ellas solo ser parcial, Esto llevar a la formacin de nodos
al hlice entre unas y otras molculas que irn conformando una estructura reticular
tridimensional (Bailach Bartra et al., p. 19). Esta nueva disposicin molecular se llamada
gel, a diferencia de la suspensin coloidal porque sus molculas se encuentran enlazadas
por puentes de hidrgeno entre s.
La cola en estado de gel pierde agua por dos mecanismos: la evaporacin y la difusin del
disolvente en los sustratos. ste secado al inicio ser rpido e ir disminuyendo conforme
aumenta la concentracin. El aumento en la concentracin reduce la movilidad de las
molculas y a su vez producir un acercamiento entre las cadenas, lo que acrecienta las
interacciones intermoleculares hasta formar un slido. Cabe mencionar que a pesar de
obtenerse un producto slido, no toda el agua se perder, ya que la cola tiene cierta
cantidad de agua en su constitucin, adems del agua libre que ser mayor o menor
dependiendo de la humedad relativa (Bailach Bartra et al.).
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Marco Terico
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Tipos de cola
Como ya se mencion anteriormente los residuos de aminocido que conforman el
colgeno no siempre son los mismos. El colgeno no es igual en todas las especies animales,
vara incluso de individuo a individuo segn la alimentacin y otros factores. De la misma
manera se debe mencionar que hasta la fecha se conocen 28 tipos y las proporciones de
estas variantes de la de la molcula se modifican segn la parte del cuerpo.
La variacin en la estructura qumica que presentan las diferentes molculas de colgeno
produce en la cola resultante diferentes propiedades. Todas las colas son derivadas del
colgeno, sin embargo existen diferentes tipos de este adhesivo segn el origen, estructura
y el peso de las molculas originales. Estos ltimos factores afectan directamente las
propiedades fsico mecnicas y por lo tanto su uso depender de la funcin que cumplir.
La gran variedad de colas, puede ser clasificada de diferentes maneras entre ellas por su
pureza, su resistencia mecnica, sus propiedades pticas y su origen. Para esta investigacin
es conveniente atender la clasificacin segn su origen. Cabe sealar que a pesar de las
clasificaciones, es muy frecuente que los productos comerciales sean mezclas de varios
orgenes para mejorar algunas de las propiedades.
En este ordenamiento, suele mencionarse el animal del cual se extrajo el colgeno es por
esto que existen trminos acuados como cola de bovino (tambin llamada cola fuerte) cola
de conejo, cola de cabra cola de pescado etc. Respecto a la parte del animal utilizada se
pueden encontrar trminos como cola de piel, cola de huesos, cola de espinas de pescado
o cola de vejigas natatorias de peces como el esturin.
Para esta investigacin se usar cola de pescado Kremer Fishleim, la cual se obtiene del
cocimiento de la piel y huesos de bacalao. (Kremer Pigmente). Comercialmente el producto
se encuentra en estado lquido gracias a un tratamiento que ms adelante ser descrito en
la seccin Mtodos para licuar la cola Fisheilm.
El proceso de extraccin del colgeno es determinante en las propiedades resultantes de
los adhesivos que de ah se derivan. De manera general el proceso consiste en la hidrlisis
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Marco Terico
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del colgeno por medio de agua caliente, en la mayora de los casos el proceso es ms largo
y requiere pretratamientos con pH. De esto, y de la materia prima depende bsicamente la
calidad del producto final. Una extraccin vigorosa con cambios de pH extremos y
temperaturas elevadas bajar los pesos moleculares de las cadenas polipptidas.
(Schellmann, 2007)
Como regla general la materia prima que tiene un alto contenido en colgeno y que
presenta relativamente pocos enlaces intermoleculares (menor contenido en Prolina e
Hidroxiprolina) como las de algunas piles de pescado y vejigas natatorias reciben un proceso
de extraccin suave por lo que se obtienen altos pesos moleculares (Schellmann, 2007)).
Sin embargo productos como la cola de bovino son tratadas con mtodos ms agresivos.
El mtodo de extraccin de la cola de pescado es diferente segn su tipo. La cola obtenida
de las vejigas natatorias de algunas especies de esturin, en particularmente del accipenser
huso, consiste en sumergir en agua las vejigas, y posteriormente retirar la corteza exterior
y la sangre. Luego son filtradas a presin para escurrir el agua excedente, finalmente se les
da a forma con que sern comercializadas y se ponen a secar a sol.
Cuando se aprovechan adems de las vejigas, la piel, el estmago, los intestinos y huesos.
El proceso inicia con la fragmentacin y el lavado de la materia prima, posteriormente es
cocida en agua hasta su disociacin, obtenindose una gelatina que se deja enfriar y secar
en la forma necesaria para su consumo.(de Paula Mellado, Bailly-Baillire, Laboulaye, &
Espaola, 1856)
Actualmente existen procesos de obtencin de colgeno de pieles de diferentes especies
de pescado. Se usa un proceso similar al usado en la obtencin de colgeno de huesos,
cartlagos y pieles de mamferos. En sntesis la tesis Estandarizacin de un proceso de
extraccin de colgeno a partir de los residuos de fileteo de tilapia as lo describe: (2011)
Una vez que se cuenta con la materia prima, que consiste en restos de pescado que son
desechados por la industria. Se procede a fragmentarla en pequeos trozos que facilitarn
el contacto con las siguientes soluciones y por lo tanto resulta ms efectiva la extraccin.
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En caso de ser necesario, segn el color de la especie del pescado, el proceso inicia con la
decoloracin, en esta etapa se eliminan los grupos cromforos contenidos en la piel. Existen
diversas sustancias blanqueadoras. La ms accesible y econmica es el hipoclorito de sodio
NaClO. Las pieles se introducen en una solucin de agua con bajas concentraciones de
NaClO por un tiempo aproximado de 10 min y posteriormente son lavadas con agua.
En la siguiente etapa se eliminan los restos compuestos no colgenos de la piel, para esto
existen diferentes mtodos, algunos enzimticos y otros por medio de disoluciones de
Hidrxido de Sodio, el tiempo y a temperatura para esta etapa es aproximadamente son 6
horas a temperatura de 30C (Temperatura menor a la desnaturalizacin de la protena).
Luego la siguiente etapa es la solubilizacin del colgeno por medio cido, se utiliza cido
actico en concentraciones cercanas a 0.5M por tiempos prolongados de hasta tres das.
Esta es la ltima fase de la extraccin, los procesos posteriores se relacionan con la filtracin
para separar materiales indeseados como restos no solubles. Sin embargo para recuperar
el colgeno de la solucin cida, se precipita con una solucin de cloruro de sodio a un pH
determinado.
Mtodos para licuar la cola Fisheilm
La gran variedad de colas que existen en el mercado tambin se ha reflejado en una amplia
variedad de presentaciones, comercialmente se encuentran colas en tableta, granulares, en
polvo o fluidas. Todas cuentan con caractersticas propias que permiten usarlas en
diferentes situaciones.
Para lograr que la cola se conserve lquida a temperatura ambiente se aprovechan
diferentes factores que modifican la viscosidad y la gelacin de la misma. Para comenzar se
utiliza la cola de pescado ya que Las colas animales (de bovino) suelen ser ms rgidas ()
debido a su mayor reticulacin6 (Bailach Bartra et al.; Schellmann, 2007) El procesamiento
de la cola de pescado a partir del colgeno tambin puede ser inducido para obtener
propiedades ms fluidas. El peso molecular obtenido durante la extraccin se relaciona
6 Como se mencion anteriormente la cola de pescado tiene menor contenido en Hidroxiprolina y Prolina por lo que las interacciones intremoleculares no son tan grandes como en el caso de las colas de bovinos.
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directamente con las propiedades fsicas del adhesivo final. La gelacin de la cola no ocurre
cuando la media del peso molecular est por debajo de los 20 000 g/mol. La cola lquida
Kremer Fisheilm reporta en su ficha tcnica (Kremer Pigmente) una un peso molecular de
60, 000 g/mol mientras que en la cola de esturin es posible obtener pesos moleculares de
150 000 g/mol.
Otro de los factores que tienen un papel determinante en el licuado de la cola es la
concentracin, la Ficha tcnica (Kremer Pigmente) se reporta que el contenido en slido del
producto Kremer Fisheilm es del 45% y un 55% de contenido de agua. Adems de la
dilucin, las colas son modificadas con diversas sustancias como de urea, tiourea, tiocianato
de amonio, o diciandiamidan para mantenerlas en estado lquido a temperatura ambiente.
Tambin puede aadirse arcillas o carbonato de calcio como cargas, humectantes o
plastificantes. La realidad es que las empresas que se dedican a la comercializacin de estos
productos mantienen sus recetas secretas y no se sabe con precisin su tratamiento.
En la parte experimental de sta tesis, se usar la cola lquida Kremer Fisheilm y partculas
de caa de maz para formar un materia compuesto que ser estudiado en cuanto a sus
propiedades fisicomecnicas. A continuacin se hace un apartado para describir los
materiales compuestos.
Los materiales compuestos
La presencia de materiales compuestos en los bienes culturales es muy amplio, en sentido
estricto las bases de preparacin, las capas pictricas e incluso la madera misma entran en
la definicin de un material compuesto. En el campo de la restauracin su uso es igualmente
amplio, muchas de las formulaciones de pasta de resane, pinturas de reintegracin e incluso
materiales usados en reposiciones formal son parte de los materiales compuestos.
Un material compuesto (de ahora en adelante MC) es un sistema o combinacin de
materiales constituido a partir de una unin [] de dos o ms compuestos, que da lugar a
uno nuevo con propiedades caractersticas especficas, no siendo estas nuevas propiedades
ninguna de las anteriores (Besednjak, Dietrich, & Upc, 2009, p. 15).
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Marco Terico
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En un MC bsicamente se pueden distinguir dos fases, una continua llamada matriz y una
discontinua tambin nombrada refuerzo. Una de las caractersticas principales de un MC es
que la matriz y el refuerzo resultan insolubles entre s, dando de esta manera origen a una
interface entre los dos componentes (Besednjak et al., 2009, p. 15).
El objetivo de la matriz polimrica es de proteger el relleno o refuerzo y, en su caso,
transferirle las tensiones externas a las que se vea sometida (Ochoa Mendoza, 2011, p. 6).
Mientras que el refuerzo es el que soporta las tensiones aplicadas al sistema. Dicha
transferencia de esfuerzos es dada a travs de la interface, por lo tanto las propiedades
mecnicas de un MC radica fundamentalmente en las caractersticas de los dos
componentes, en la distribucin del refuerzo dentro de la matriz, y en la la eficacia de la
transferencia de los esfuerzos desde la matriz polimrica hasta la fibra (Ochoa Mendoza,
2011, p. 8).
Conseguir la eficacia en la transferencia de esfuerzos implica una ptima adhesin entre el
refuerzo y la matriz. Cundo la interface es fuerte se obtiene un material que presenta una
elevada rigidez y resistencia pero es de naturaleza frgil con una fcil propagacin de la
rotura a travs de la matriz y las fibras (Ochoa Mendoza, 2011, p. 9). Por el contrario
cuando la interface es dbil disminuye la trasmisin de los esfuerzos desde la matriz al
refuerzo, por lo tanto ni su rigidez ni su resistencia son elevadas(Ochoa Mendoza, 2011,
p. 9).
Los materiales que han sido utilizados en la formulacin de los MC han sido de
caractersticas muy diversas. Ante dicha amplitud de posibilidades se han clasificado de
diferentes maneras, a continuacin se muestran dos de las maneras ms comunes
reportadas en la bibliografa, (Besednjak et al., 2009; Callister, 1996) no se pretende
ahondar en cada clasificacin, por el contrario slo se desea ubicar los MC propuestos en
sta investigacin.
1) Segn la forma de sus componentes (Error! No se encuentra el origen de la referencia.),
os MC pueden ser fibrosos, particulados y estructurales. Los primeros dos tipos hacen
colacin a la forma del refuerzo, estos a su vez tienen variantes, cuando son fibrosos pueden
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Marco Terico
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tener las fibras alineadas, orientadas o discontinuas y cuando son particulados las partculas
pueden ser grandes o pequeas. Los MC estructurales son materiales conformados a su vez
por MC, pueden dividirse en laminados y paneles.
2) Otra de las formas que resultan complementaria para la clasificar los MC es en base a la
naturaleza de la matriz. (Error! No se encuentra el origen de la referencia.)ste puede ser
e matriz orgnica, metlica y mineral. En el primer grupo se localizan los polmeros, el
segundo incluye las aleaciones y los ltimos los materiales cermicos o silceos. Los
polmeros pueden clasificarse en termoplsticos y termoestables. Para esta investigacin se
propone dividir los termoplsticos en naturales y sintticos, los primeros para hacer
referencia a los materiales de restauracin tambin llamados tradicionales.
Mucho se ha comentado ya de los MC que presentan un refuerzo lignocelulcio y un
polmero sinttico de matriz, de hecho este grupo de materiales se han llamado
compuestos plstico madera. Este tipo de compuestos generalmente refieren a
materiales en que se ha utilizado madera en cualquier de sus presentaciones y un polmero
ya sea termoplstico o termoestable (Rowell, 2005).
Naturaleza de la matriz
Metlicos Orgnicos Minerales
Termoplasticos Termoestables
Naturales Sintticos
Figura II-7 Clasificacin de los materiales compuestos segn la naturaleza de la matriz. En esta investigacin se estudia un MC con matriz de un polmero termoplstico natura. (Ilustracin del autor)
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La preferencia que han tenido en el uso de fibras lignocelulocicas se debe a que ofrecen una
resistencia elevada, Baja densidad, gran abundancia, carcter renovable y biodegradable,
bajo coste y abrasin de los quipos de procesamiento (...) Adems es de destacar la ausencia
de riesgos para la salud en el proceso de su manipulacin (Ochoa Mendoza, 2011, p. 19)
(Brizuela, 2013).
Sin embargo una de las dificultades que se han reportado en la bibliografa es la debilidad
en la interface por lo que se han implementado agentes de acoplamiento que mejoren la
compatibilidad entre los componentes. Dicha debilidad es dada por qu La superficie de
las fibras es altamente polar, mientras que, los materiales termoplsticos ms comnmente
utilizados como matriz son apolares. (Ochoa Mendoza, 2011, p. 25).
En sta investigacin se ha propuesto el estudio de un MC que ha sido usado en el relleno
de oquedades en las esculturas ligeras. (Aldana et al., 2012). Dicho material se compone de
partculas amorfas de mdula de caa de maz como refuerzo y cola Kremer Fischleim
como matriz. Con base en la clasificacin anterior, ste MC es un composite de matriz de
naturaleza natural con partculas lignocelulsicas de refuerzo.
Propiedades fsico mecnicas de los materiales compuestos
Las propiedades de resistencia mecnica, llamadas normalmente como propiedades
mecnicas, estn ntimamente relacionadas con las propiedades fsicas de los materiales.
Estrictamente las propiedades mecnicas son propiedades fsicas, sin embargo son tratadas
por separado debido a su amplia aplicacin prctica. En la mayora de los casos las
propiedades mecnicas sirven como base para dictaminar sobre un material metlico, con
vistas a un fin de aplicacin concreto (Hufnagel & Coca, 1992, p. 130).
Ningn material podr realizar sus funciones debidamente si, durante su uso, no pude
soportar cargas sin que se produzca una distorsin (Addleson & Bueno, 1983, p. 91) o
deformacin. Una deformacin en el sentido fsico se refiere al cambio de forma de un
material que se produce al aplicarle una fuerza.
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Existen dos tipos de deformacin, la elstica y la plstica. La deformacin plstica se
caracteriza por no ser permanente sino que el material vuelve a su forma original cuando
la fuerza se cesa. Cundo es el esfuerzo excede la capacidad elstica del material ocurre la
deformacin plstica la cual es irreversible. Este esfuerzo se caracteriza por un incremento
notable en la deformacin plstica. De manera que la mayora de las aplicaciones de los
materiales son dentro de su lmite elstico (Callister, 2002).
La resistencia de un material es la capacidad de soportar cargas sin deformarse o
romperse (Addleson & Bueno, 1983, p. 91). La resistencia inherente del material se mide
mediante el ensayo de sus propiedades mecnicas. Existen diferentes tipos de ensayos los
cuales pueden ser clasificados dependiendo de la direccin del esfuerzo aplicado, no
obstante durante un ensayo convergen diferentes tipos de esfuerzos.
Las propiedades que en esta tesis se evalan servirn para conocer las propiedades fsico
mecnicas de un material compuesto elaborado con partculas de mdula de caa de maz
y cola. En base a tal conocimiento podr hacerse uso del material ante diferentes
problemticas. A continuacin se explican las propiedades que en esta investigacin se
evaluaron.
Flexin
El ensayo de flexin es un mtodo de ensayo comnmente utilizado para los materiales
frgiles (Kalpakjian, Schmid, Garca, & Lpez, 2002, p. 69). Las fuerzas que actan tienden
a doblar el material. En este ensayo la probeta es colocada sobre dos puntos de apoyo y el
esfuerzo es aplicado de manera vertical sobre 1 o 2 puntos de manera que la probeta se ve
sometida a esfuerzos en 3 y 4 puntos de apoyo respectivamente (Figura II-9). La prueba
involucra varios esfuerzos en el punto de aplicacin de la carga, la superficie superior est
sometida a un ensayo de compresin, mientras la superficie interior est sometida a
traccin (Callister, 2002, p. 418).
Cuando la fuerza es aplicada sobre el material o viga, el punto de aplicacin de la fuerza es
desplazado respecto a los puntos de apoyo. Al realizar una prueba de este tipo se obtienen
entre otros datos la deflexin o desplazamiento mximo del material, el esfuerzo mximo
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que el material soporta y a partir de stos se calcula el mdulo de flexin. La deflexin es el
grado de desplazamiento de la viga bajo una carga y se determina con leyes que relacionan
la fuerza y desplazamiento. (Mott & Pozo, 2006). El esfuerzo mximo se refiere a la fuerza
mxima que un material puede soportar antes de la fractura y finalmente el mdulo es una
relacin los parmetros anteriores que permite estimar la rigidez del material es decir la
fuerza necesaria para causar una deformacin determinada en el material (Figura II-8).
Figura II-8 Se esquematiza los datos que son obtenidos en la prueba de resistencia a la flexin. (ilustracin del autor)
ndice de fluidez
El ndice de fluidez se define como la cantidad de material (gramos) que fluye a travs de
un dado capilar en un tiempo de 10 minutos bajo condiciones estndar de temperatura y
presin(de Valle, 1993, p. 66)(Figura II-9). Dentro de la industria de los plsticos el ndice
de fluidez permite evaluar la masa molecular de determinado polmero ya que los
resultados de esta prueba dependen en gran medida del promedio del peso molecular, las
ramificaciones de la molcula, la presencia de grupos funcionales, el grado de cristalizacin
de la molcula entre otros factores.
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La importancia de esta prueba para la industria tiene que ver con la prosesabilidad de los
materiales por extrusin. De manera similar, para esta investigacin sta prueba tiene un
sentido prctico, ya que podr conocerse la facilidad con que el material puede ser
inyectado con una jeringa.
Los materiales compuestos propuestos en esta investigacin son fluidos, por lo tanto su
estudio concierne a la reologa. Con los alcances de esta investigacin no se pretende
profundizar en esta rama de la ciencia, simplemente se pretende describir algunos
conceptos que permitan entender la capacidad de flujo de los diferentes composites.
Un fluido es un material capaz de deformarse ante un esfuerzo externo. A grandes rasgos
los tipos de fluidos pueden clasificarse en newtonianos y no newtonianos. Los primeros se
caracterizan por que su flujo es directamente proporcional a la fuerza deformante aplicada,
ejemplos de ellos son el agua y el aceite. En los fluidos no Newtonianos el esfuerzo no
corresponde de manera lineal a la deformacin.
Los fluidos no Newtonianos se dividen en dos, los dependientes e independientes del
tiempo. La diferencia entre ambos consiste en su comportamiento dependiendo del tiempo
de aplicacin del esfuerzo. En los dependientes el esfuerzo puede producir cambios
Figura II-9 Se muestran esquemticamente las propiedades anteriormente descritas, en rojo se representa el material probado, mientras que las flechas representan esfuerzos. a) ndice de fluidez b) flexin 1) flexin en tres
puntos 2) flexin en cuatro puntos. (Ilustraciones del autor)
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estructurales que modifican su viscosidad, por lo que su flujo o deformacin depende
directamente del tiempo de dicho esfuerzo, en cambio los independientes no presentan
este comportamiento.
Los fluidos no newtonianos independientes del tiempo, tambin pueden ser clasificados en
fluidos con esfuerzo umbral y fluidos sin esfuerzo umbral. El umbral de esfuerzo es una
magnitud mnima que la fuerza cortante debe sobrepasar para que inicie el flujo, de esta
manera los fluidos con esfuerzo umbral se comportan como slidos hasta que se rebasa un
esfuerzo mnimo a partir el cual el material comienza a comportarse como un lquido.
Secado
El tiempo que un material determinado tarda en secarse no es una propiedad intrnseca de
la materia, sin embargo si se ve modificada por ciertas de sus caractersticas. En esta
investigacin es importante realizar pruebas experimentales que permitan obtener un
promedio del tiempo que el agua permanece retenida en los MC propuestos. Como se
abord anteriormente, algunos de los materiales que componen las esculturas en caa de
maz son altamente sensibles a la humedad, de esta manera, el material empleado en el
relleno de oquedades deber aportar la menor cantidad de agua posible, o en su defecto el
solvente deber evaporarse rpidamente.
El proceso de secado consiste en dos periodos: a) El periodo de rapidez constante y b) el
periodo de rapidez decreciente (Rodrguez & Diez, 2005, p. 64), actualmente estas dos
periodos son divididos en subperiodos ms especficos que no sern abordados en esta
tesis.
El primer periodo se caracteriza por que la velocidad de secado es independiente de la
humedad del slido(Castells, 2012, p. 708), al haber suficiente humedad para formar una
pelcula en el rea o superficie de secado la velocidad no se ve afectada, de hecho, el agua
se comporta como si el slido no existiera (Castells, 2012, p. 708). Por otro lado en el
interior de la muestra existe una migracin por capilaridad del agua retenida hacia la
superficie.
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Marco Terico
34
El tiempo que se prolonga el periodo de secado de rapidez constante depende del rea
expuesta al medio de secado, de la granulometra y el grosor de la muestra, de la diferencia
en humedad y temperatura entre el medio de secado y la muestra, as como la superficie
hmeda del slido.
Este periodo termina con el denominado punto crtico, podra definirse como el instante en
que el nivel de humedad es insuficiente para formar una pelcula continua en la superficie.
En slidos poroso, este punto se alcanza cuando la velocidad de evaporacin supera la
velocidad de flujo hacia la superficie (Castells, 2012, p. 709) Este mismo punto marca el
inicio del segundo periodo.
Cabe mencionar que en algunos casos el contenido de humedad inicial puede encontrarse
por debajo por debajo del valor crtico y el secado iniciar con velocidad decreciente sin un
previo periodo de velocidad constante (Nonhebel & Moss, 1979).
En el periodo de velocidad decreciente la velocidad de secado la determina la velocidad
de movimiento interno de la humedad. (Rodrguez & Diez, 2005, p. 64). Los mecanismos
que incitan dicho movimiento son los gradientes de concentracin de humedad (liquida y
gaseosa), las fuerzas de capilaridad, la fuerza de gravedad entre otros.
La velocidad del aire su temperatura y su humedad tienen menor efecto en el progreso del
secado durante este periodo (Rodrguez & Diez, 2005, p. 64) Durante el periodo rapidez
decreciente la humedad de los poros ms grandes se ha perdido y es retenida en los
capilares ms finos. Al reducir el tamao de partcula tambin se reduce el tamao de los
poros y de los conductos internos del material. Al reducirse el tamao del poro se reduce el
rea de evaporacin y se aumenta la friccin que se opone al movimiento interno del agua
a travs de los poros por lo que la prdida de humedad disminuye (Coulson, Richardson, &
Backhurst, 1981).
Uno de los principales efectos que conlleva la prdida de humedad es la disminucin del
volumen. La prdida de las molculas de agua perite que exista un mayor acercamiento
entre las molculas del aglutinante por lo que existe una contraccin por secado. La mayor
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Marco Terico
35
prdida de volumen es durante la primera etapa aunque el encogimiento contina durante
la segunda etapa a un grado menor.
La velocidad con que el solvente se pierde tambin afecta las propiedades mecnicas de
materiales como la cola, ya que un secado lento permitir una mayor cristalizacin del
polmero y en consecuencia se obtendrn propiedades ms rgidas.
Cabe mencionar que durante el proceso de secado no se pierde totalmente el solvente y/o
humedad contenida en la materia. La prdida de humedad contina hasta que existe un
equilibrio con el medio. De esta manera solo se pierde el agua que excede el contenido de
humedad de equilibrio; tambin llamada humedad libre. El resto del agua permanece
retenida en el material y depende en gran parte de la naturaleza del sustrato. Materiales
que qumicamente presenten grupos polares o puentes hidrgeno (como la cola y la
celulosa) tienden a tener mayor retencin.
Para concluir este apartado se puede mencionar que el proceso de secado consiste
bsicamente en dos procesos: la evaporacin del disolvente y la difusin del mismo. Estos
mecanismos continan hasta llegar a un punto de equilibrio con el medio.
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III. Experimentacin
Objetivo General
Evaluar por medio de probetas las propiedades fsicas y el secado de doce MC elaboradas
con partculas de mdula de caa de maz y cola Kremer Fisheilm; materiales que han sido
utilizadas en el relleno de oquedades y pastas de reintegracin volumtrica en la
restauracin de escultura ligera.
Objetivos particulares
Medir el ndice de fluidez de las composiciones para determinar la facilidad de
aplicacin. Asimismo observar la eficiencia con que los materiales compuestos
llenan las oquedades creadas en las probetas al ser inyectados mediante una
jeringa.
Medir el tiempo que tarda en evaporarse el solvente de las mezclas y analizar como
las variables repercuten en este fenmeno.
Cuantificar la prdida de volumen que existe en cada uno de los materiales
compuestos al secar. Y con ello calcular la densidad y observar la porosidad
resultante.
Testar la resistencia a la flexin en probetas elaboradas mediante la norma ASTM
790 y conocer el la deflexin, que ofrece cada una de las composiciones y
compararlas con probetas elaboradas con mdula de caa de maz.
Promover el estudio de los materiales de restauracin sobre probetas antes de su
aplicacin en obras de valor patrimonial.
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Metodologa
La experimentacin consisti en la elaboracin de probetas que permitieron la valoracin
de las propiedades fsico-mecnicas en 12 mezclas propuestas. Las 12 mezclas se
elaboraron a partir de partculas de caa de maz y cola Fisheilm diluida; y fueron
generadas mediante la combinacin de tres variables 1) el tamao de partcula de la mdula
de caa de maz 2) el disolvente usado en la dilucin de la cola y 3) la concentracin de la
cola en la dilucin. La Figura III-1 muestra la metodologa experimental seguida. Y
posteriormente se describe a detalle los procesos realizados.
Figura III-1 Metodologa que se desarroll para el proceso experimental. (Ilustracin del autor)
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Experimentacin
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Preparacin de materiales
Obtencin de partculas de caa de maz
La materia prima que fue utilizada para esta
investigacin, se obtuvo de una hacina de
rastrojo de maz que fue producida en la
regin de Villa de Cos, Zacatecas. Las semillas
cultivadas fueron del hibrido H-311. El
desarrollo de la planta fue de alrededor de 3
meses y medio; con sistema de riego y sin el
uso de fertilizantes. Las plantas finalmente
alcanzaron una altura aproximada de 2.4 m.
Posterior a la cosecha del maz, los tallos junto con las hojas fueron cortados, trasladados y
hacinados en la intemperie, donde permanecieron por cerca de 3 aos hasta que fueron
seleccionados para ser usados en la investigacin (Figura III-2). Cabe sealar que el clima de
Villa de Cos es de baja humedad, con mucho sol y escasas lluvias, por lo que el material
seleccionado estaba completamente seco.
Se seleccionaron las plantas con base a su tamao, de tal forma que se pudiera obtener la
mayor cantidad de mdula en el menor tiempo posible. Se retiraron las hojas de los tallos y
posteriormente los ltimos fueron descortezados para obtener la mdula (Figura III-3).
Finalizado el descortezado se eliminaron los nudos del material por tener mayor contenido
de almidn y slice.
Figura III-2 Hacina de rastrojo a la intemperie. (Ilustracin del autor)
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Experimentacin
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Las fibras de los entrenudos de mdula de caa de maz fueron dimensionadas acorde a los
requerimientos de sta investigacin. Para ste fin se adapt una lijadora de banda
Craftsman con lija de grano 80, Fandeli de 533 X 72 mm2. La lijadora fue colocada con la
banda hacia arriba y sobre sta, a 2mm de distancia, se sujet una tubo de base rectangular
elaborado con Tripley de 12mm. En el extremo inferior del tubo se hicieron una serie de
ranuras por donde posteriormente pasaran las partculas que desgastara la lija (Figura
III-4).
La introduccin de las mdulas fue por la parte superior del tubo, de esta manera al estar
encendida la lijadora la mdula se desgast hasta que a las partculas les fue posible
canalizarse por las ranuras. Para eficientar la recoleccin de las partculas ste sistema fue
Figura III-3 a) Tallos de caas de maz sin hojas que fueron usados, b) descortezado de los tallos. (Ilustraciones del autor)
Figura III-4 a) Fotografa del dispositivo de dimensionado b) ranuras para de conduccin de las partculas (Ilustraciones del autor)
a) b)
a) b)
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Experimentacin
40
colocado dentro de una caja de polietileno sellada y por la parte superior por un plstico
transparente, de tal forma que el nico acceso para el material fue por la parte superior del
tubo y por lo tanto no haba escape de las partculas dimensionadas.
Posteriormente fue recolectado el total del material obtenido y fue tamizado. Con el
objetivo de hacer un estimado del contenido de los diferentes tamaos de partcula del
material se sigui el proceso sugerido por la norma ASTM D-1921-01. Las condiciones
ambientales en predominantes durante el tamizado fue una temperatura de 21C con HR
de 28.7%. El equipo que se utiliz para el tamizado fue solicitado en la ECRO el cual fue: una
escalera de tamices U.S.A. Standard Testing Sieve ASTM. E 11 specification. Fisher Scientific
Company con su respectivo agitador modelo RX86 Serie 961.
El proceso consisti en la seleccin de los tamices aproximados al tamao de partcula del
material. Se utilizaron los tamices del nmero 10, 20, 40, 50, 80 y 100 con apertura de 2000
, 850, 425, 300, 180 150 respectivamente. Estos fueron pesados con una balanza
OHAUS Triple Beam serie 700/800 para que despus del tamizado tarar el contenido neto
retenido en cada uno de los tamices.
Los tamices fueron colocados en escalera en orden ascendente de mayor a menor apertura;
finalizando con la charola que recolecta las partculas menores que la apertura del ltimo
tamiz (150 ). Posteriormente se agregaron 50 g de la mdula de caa pulverizada en el
primer tamiz, se coloc sobre el agitador y fue encendido durante 10 min. Finalmente los
tamices fueron separados y pesado nuevamente con el contenido incluido. Este proceso se
repiti dos veces para corroborar los resultados obtenidos, el resto del material fue
tamizado sin llevar el registro.
Las partculas que fueron seleccionadas para la investigacin fueron dos rangos: Partculas
Finas (F) y partculas Grandes (G). Las partculas finas fueron las retenidas en las mallas 80,
100 y del plato de residuos; y las partculas grandes fueron las retenidas en las mallas 50 y
40. La seleccin de estos tamaos se relaciona directamente con la facilidad para ser
inyectados al estar mezclados con cola, segn se reporta en el Informe de Restauracin del
Cristo del Perdn de Jacona (Aldana et al., 2012).
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Experimentacin
41
Dilucin de cola
Segn la ficha tcnica, la cola lquida Kremer Fisheim tiene un contenido de cola en slido
del 45% y un 55% de agua (Kremer Pigmente). Para conocer de manera prctica la cantidad
de material slido de la cola Fisheilm, se realizaron pruebas de evaporacin. stas
consistieron en registrar el peso de determinada cantidad del adhesivo, dejarla evaporar y
pesarla nuevamente una vez endurecido el material. Con base en estos resultados se
estableci un porcentaje promedio de evaporacin. Cabe mencionar que las condiciones de
secado fueron de 35C +/- 1 C aprox. durante 24H.
Adems de la dilucin comercial del producto, la cola fue diluida con agua destilada (A)
alcohol etlico desnaturalizado Atlanta 70 (E). Dicha dilucin se llev a cabo a tres
concentraciones 30, 60 y 90% en peso, tomando como 100% la cola obtenida directamente
del embace, de manera que se obtuvieron seis diluciones diferentes de cola. La eleccin de
estos disolventes se debe a que el agua es la sustancia ms recurrida para las soluciones de
cola y el alcohol etlico o etanol en busca de mejorar las propiedades de secado de las
mezclas.
Metodologa de elaboracin de composites
La elaboracin de los composites consisti en mezclar partculas de mdula de caa de maz
con cola. Los dos tamaos de partcula fueron mezcladas con las seis diluciones de cola
obtenindose 12 formulaciones distintas. La proporcin partcula /cola diluida fue 1/18 en
peso y fue establecida previo a la experimentacin tomando en cuenta principalmente la
consistencia de la pasta, esto con miras a su aplicacin por inyectado.
Una vez que se obtuvo la mezcla fue utilizada segn la propiedad a evaluar. En las pruebas
de tiempo de secado, ndice de fluidez, la mezcla se utiliz en estado pastoso. En cambio en
las pruebas de resistencia a la flexin la mezcla se utiliz despus de haber sido moldeada
con formas especficas y secado a condiciones determinadas.
Para la identificacin de cada una de las mezclas se utiliz la siguiente nomenclatura. En
primer lugar se menciona el tamao de partcula (F o G), luego el disolvente utilizado (A o
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Experimentacin
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E) y por ltimo seguido de un guion la concentracin de la disolucin sin el signo de
porcentaje (30, 60 o 90), a continuacin la Tabla III-1 se especifican las variables de cada
mezcla para 1g de partculas, adems con base en el este estimado de cola slida (ver en
resultados) de la cola Fisheilm es posible valorar la relacin en slidos de carga/cola que
existen en las mezclas una vez que han secado. De esta manera es posible establecer
proporciones fijas en el producto final independientemente de la cantidad de solvente que
sea agregada a la mezcla para su aplicacin.7
7 La cantidad de disolvente agregada durante la preparacin no afecta la proporcin de cola slida-fibra, sin embargo es determinante en las propiedades fsicas y mecnicas de los composites.
a) b)
Figura III-5 a) Para la preparacin de los composites se utiliz una balanza grado analtico. b) Se generaron doce composiciones diferentes, la imagen los seis que tienen como solvente agua. (Ilustraciones del autor)
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Experimentacin
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Tabla III-1 Composicin de las mezclas evaluadas
Clave Cola
concentrada
Disolvente Carga Estimado cola solida % de carga
aproximado
FA-30 5.4 g. 12.6 g.
Agu
a
1 g.
Fin
a
2.7 g. 27.07
FA-60 10.8 g. 7.2 g. 1 g. 5.4 g. 15.27
FA-90 16.2 g. 1.8 g. 1 g. 8.1 g. 10.99
GA-30 5.4 g. 12.6 g. 1 g.
Gru
esa
2.7 g. 27.07
GA-60 10.8 g. 7.2 g. 1 g. 5.4 g. 15.27
GA-90 16.2 g. 1.8 g. 1 g. 8.1 g. 10.99
FE-30 5.4 g. 12.6 g.
Etan
ol
1 g. Fi
na
2.7 g. 27.07
FE-60 10.8 g. 7.2 g. 1 g. 5.4 g. 15.27
FE-90 16.2 g. 1.8 g. 1 g. 8.1 g. 10.99
FE-30 5.4 g. 12.6 g. 1g.
Gru
esa
2.7 g. 27.07
FE-60 10.8 g. 7.2 g. 1 g. 5.4 g. 15.27
FE-90 16.2 g. 1.8 g. 1 g. 8.1 g. 10.99
A partir de ahora durante el desarrollo experimental se har referencia a un grupo de
formulaciones con la misma variable mencionando el valor en comn, por ejemplo al
mencionar formulaciones al 30 se hace referencia a FA30, FE30, GA30, GE30 al
mencionar formulaciones con agua se refiera a FA30, FA60, FA90, GA30, GA60 y GA90.
Tiempo de secado
Para medir el tiempo necesario para que el disolvente se evapore de la mezcla, se emul
el proceso de secado dentro de una escultura. Se realizaron probetas con MDF a las que se
les inyect determinada cantidad de material de cada una de las diferentes composiciones
(Figura III-6Figura III-6). De esta manera las probetas tambin sirvieron para observar la
capacidad con que fluye y por ende la facilidad con que llenaran una oquedad as como
observar organolpticamente las propiedades del material.
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Experimentacin
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Se elaboraron 5 probetas por cada composicin y consistieron en prismas rectangulares de
MDF de 24 x 13 x 87 mm3. Estos fueron perforados a lo largo con una broca de dimetro
de 13mm y 43 mm de profundidad aproximada. Posteriormente se les coloc una tapa del
mismo material adherida con silicn caliente, la tapa cont con un orificio del dimetro de
3mm mismo por donde fue inyectado el material de las diferentes composiciones al interior
de la probeta (Figura III-6). Las probetas previa su llenado fueron pesados con la balanza
analtica de manera que al tarar el peso total de la muestra llena se conoci el peso de la
mezcla introducida.
La metodologa de inyeccin realizada consisti en cargar la jeringa con material a inyectar
por la parte posterior. La cantidad de material siempre deba de ser mayor al estimado
necesario para llenar por completo la probeta, de sta manera se asegur un flujo
constante. Se introdujo la aguja completamente por el orificio de la tapa y finalmente se
ejerci presin en el mbolo de la jeringa. Se dej de inyectar cuando el mismo material
escapaba por el orificio de la tapa o bien cuando la presin en el mbolo era demasiada. En
ocasiones la aguja se atasc por lo que fue necesario retirarla de la probeta, limpiarla y
seguir inyectando.
Posteriormente todas la probetas fueron colocadas en un dispositivo que mantiene una
temperatura promedio de 35C y 25% HR (Figura III-7). El peso fue monitoreado, hasta que
Figura III-6 a) Proceso de inyeccin d material en las probetas b) esquema de las probetas de MDF. (Ilustraciones del autor)
a) b)
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Experimentacin
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se mantuviera constante, es decir se determin que el secado concluy cuando la mezcla
deja de perder disolvente a las condiciones mencionadas. Correlativamente con base al
contenido inyectado en cada probeta y los datos ya reportados en la Tabla III-1, se calcul
el peso que corresponde al solvente del material aplicado; con la finalidad de comparar el
contenido de humedad que permanece retenida en las probetas en funcin del tiempo.
Como ya se mencion las mismas probetas tambin fueron utilizas para evaluar la facilidad
con que sera introducido el material. Para la aplicacin se utiliz una jeringa de 35 mm con
aguja del # 14 (la apertura ms amplia en el mercado). Una vez que se termin de evaluar
el tiempo de secado, las probetas fueron partidas por la mitad para hacer observaciones
respecto la eficiencia del llenado. En algunas probetas se utiliz una cua para separar las
capas del MDF y acceder al composite completo, en otras probetas se prefiri desgastar con
una lijadora de banda lo que permiti ir haciendo cortes de seccin de las probetas.
En las mezclas que inicialmente
presentaron mayor deficiencia al ser
inyectadas se repiti la prueba, haciendo
variaciones en la metodologa de
inyeccin y con miras mejorar el resultado
en el llenado de las probetas y de las
propiedades del material seco. Cabe
mencionar que en esta parte ya no se pes
la cantidad de material inyectado ni se
observ la dinmica de secado puesto que
la utilidad de estos nuevos ensayos solo fue la de experimentar con nuevas formas de
inyeccin, para de esta manera hacer aportes la metodologa planteada inicialmente.
Las variaciones que se hicieron en sta parte fueron las siguientes.
1) Se introdujo la aguja por completo y
