Las maderas como patrones de daño en las investigaciones de incendio

Al igual que los conductores eléctricos, la madera es uno de los elementos más comúnmente presentes en los incendios estructurales, a la cual se asocian algunos mitos relativos a indicadores o patrones de fuego que evidenciarían la presencia de líquidos acelerantes y, por consiguiente, la probabilidad de un incendio intencional.

Los principales componentes de la madera son hidrógeno, carbono, oxígeno, celulosa, con proporciones menores de nitrógeno. La celulosa es uno de los elementos principales de la madera, constituyendo hasta el cincuenta por ciento en valor peso. El veinticinco por ciento de la celulosa corresponde a hemicelulosa, la que se presenta en forma de resinas, gomas y minerales. Es importante destacar que algunos tipos de maderas de pino también contienen extractos inflamables en forma de resinas.

Cómo combustiona la madera

Como la mayoría de los elementos susceptibles de combustionar, la madera requiere una cantidad de energía, en este caso calor, para que sus componentes actúen como reductores, liberando así sus electrones y sosteniendo la combustión.  Esta energía se denomina energía de activación, la que normalmente proviene del exterior por intermedio de una fuente de calor.  Como resultado, en el receptor de la energía de activación, en este caso la madera, tendremos que parte de la energía se disipará al entorno, generándose los efectos térmicos naturales derivados de un incendio (humo, gases, otros) y el resto de ella continuará calentando la estructura del receptor inicial, permitiendo que el proceso continúe.

La mayoría de los materiales que conocemos, incluida la madera, combustionan en forma “indirecta” dado que los sólidos normalmente no se queman. La combustión entonces se produce por la reacción entre los gases liberados y el oxígeno. Existe no obstante una excepción en este sentido y es lo que vemos como resplandor en la combustión de madera carbonizada (brasas), donde el oxígeno reacciona directamente con el carbono.

Aunque las variaciones que presentan las distintas maderas en su reacción ante el calor y el fuego no son tan notorias como en los metales, es siempre aconsejable tener presente que existen diferentes tipos, cuyas características y comportamiento son considerablemente disímiles ante los efectos del fuego. Los factores que influyen en la ignición y posterior desarrollo del fuego en diferentes maderas (no tratadas con ignifugantes) son principalmente tres:

Forma
La forma afecta principalmente la relación superficie-volumen (masa), haciendo que ésta aumente o disminuya, lo que permite, según sea el caso, un mayor o menor contacto del combustible con el oxígeno, alterando asimismo el porcentaje de masa en contacto con las partículas que se queman. Esto influirá en la velocidad y eficiencia de la disipación del calor.

Un ejemplo claro de lo anterior lo constituye la velocidad con que hace ignición y se propaga el fuego en la viruta de madera y cómo lo hará en un trozo compacto. La forma también incide en la exposición de un determinado objeto al calor, creando condiciones que alterarán su reacción ante él.

Conductividad térmica
Es un fenómeno termodinámico complejo, que requiere de un estudio bastante detallado para conocer sus efectos en la transmisión de calor. Permítasenos por tanto una definición básica considerando la complejidad de
la termodinámica, pero útil desde el punto de vista práctico. Es posible decir entonces que la conductividad térmica de un objeto está dada por la magnitud y flujo de calor que se transfiere de un punto a otro en un cuerpo a una determinada velocidad. En las maderas, la conductividad térmica dependerá de la dirección del flujo calórico en relación al eje dado por la orientación de los granos de madera, el contenido de humedad y la densidad.

Contenido de humedad
La madera conserva humedad, tanto reteniendo agua en estado líquido en sus cavidades o en las paredes de las
células como en estado gaseoso (vapor) en las cavidades celulares.
Un importante contenido de humedad es aportado por los diferentes componentes que constituyen la madera y son muchos los factores que pueden influir: ambientales, como la temperatura, velocidad del viento y humedad relativa del aire; su forma, espesor y tiempo de elaboración. Es importante tener presente que no se puede extraer toda la humedad de la madera sin destruir su estructura física. Es por esto que cuando se habla de madera seca, nos referimos a un determinado porcentaje de agua para una aplicación específica. Por ejemplo, la madera utilizada para construcción se considera seca con un diecinueve por ciento de humedad; para otras aplicaciones, no obstante, se considera húmeda con más de un seis por ciento de agua (esto varía en diferentes ubicaciones geográficas).

Al igual que otros materiales, las maderas tienen distintos puntos de ignición. Se han efectuado pruebas en laboratorios, sometiendo la madera a contacto con una llama piloto de 200ºC durante un tiempo determinado. En esta prueba, por ejemplo, el pino palustre ardió a los 11,8 minutos de exposición, comparado con el alerce occidental, que lo hizo a los 25 minutos.

Los errores más difundidos en la interpretación de los patrones de fuego de la madera dicen relación a su forma, color y brillo después de la combustión.  Es así como se atribuyen a las grietas que presentan un aspecto de piel de cocodrilo, indicios de un acelerante líquido.  Es también común el error que indica que la madera ha estado en contacto con gasolina u otro acelerante de la combustión cuando presenta variaciones en la tonalidad de la superficie carbonizada o zonas levemente coloreadas.

Es posible señalar que a la fecha no existe ningún estudio que sustente estas afirmaciones y, al igual que en la mayoría de los elementos o productos que han sufrido los efectos del fuego, el análisis de laboratorio es el único procedimiento confiable para determinar la presencia de acelerantes de la combustión.  Respecto de esto último, la detección de rastros de hidrocarburos derivados del petróleo (acelerantes) es en la práctica imposible cuando se toman muestras de zonas que se encuentran calcinadas.

En la fotografía F1 se muestra el resultado de dos ensayos bajo parámetros de control estándar (tipo de madera, fuente de calor, posición, temperatura y humedad ambiente, entre otros).

El ensayo número 2 corresponde a restos de madera afectada por pirólisis producto de la combustión de gasolina en su superficie (el aporte de calor fue mediante un soplete de propano hasta que se produjo la ignición de la gasolina, manteniéndose por 2 minutos con posterioridad a la ignición).

El ensayo número 3 muestra restos de madera afectada por pirólisis producto de la combustión por contacto de llama de un soplete de propano en la superficie (el aporte de calor se mantuvo por 15 minutos).

En ambos casos, las muestras fueron seccionadas (después del ensayo).

El ensayo número 2 muestra la afectación (por pirólisis) de un 95% de la superficie.  En el ensayo número 3, la afectación de la superficie alcanza a un 45%.

La fotografía F2 muestra la sección resultante del corte transversal.  Es posible apreciar que en el ensayo número 3, la reacción de la pirolisis es más profunda, lo que se condice con la permanencia de la fuente de energía de activación, exhibiendo un patrón de daño por penetración significativamente más intenso.  A diferencia de lo ocurrido en el ensayo número 2, el daño en la superficie es acotado y presenta una forma de circunferencia (choque de llama).  Más adelante veremos en detalle la información que nos proporciona el límite de pirolización vertical.  

Ahora bien, si analizamos el protocolo de ambos ensayos para un mismo tipo de muestra, debe llamarnos la atención que el mismo espécimen fue sometido a condiciones de afectación por fuegos diferentes y por tanto los daños que presentan son distintos.  Esto es aparentemente inoficioso para una correcta interpretación de los resultados (parámetros de control).   No obstante, la forma en que se debió aplicar la energía de activación, que fue diferente en cada caso, es un indicativo de las especiales características de la madera y su reacción ante una fuente de calor. 

El roble (madera utilizada en este caso) tiene una densidad en torno a los 710 kg/m³, considerada por lo tanto pesada; además su fibra es recta y de grano grueso. Esto hace que la energía necesaria para activar el proceso de combustión/pirólisis deba aplicarse por un tiempo mayor, en este caso 15 minutos.   En cuanto al ensayo número 2, por la presencia de gasolina, la fuente de calor inicial sólo se aplicó para encender sus vapores y el fuego, como es lógico, se comportó en forma totalmente diferente.

La fotografía F3 muestra la propagación en la madera con presencia de gasolina, que abarca un 95% de la superficie, a pesar que al igual que en el ensayo sin presencia de gasolina, la llama que aportó la energía de activación seaplicó en el centro, donde se señala, en este caso por dos minutos.  El borde anterior muestra indicios de calcinación (presencia de material ceniciento).

La fotografía F4 muestra la propagación en la madera en un 45% de su superficie.  Los bordes en el eje se presentan en forma semicircular, obedeciendo al patrón que deja la llama del soplete aplicada en el centro, donde se indica. Ni el borde anterior ni el posterior muestran indicios de calcinación.  Sin embargo, en la fotografía F4-A (ampliación de la F4), se observan en el centro indicios de calcinación.  Esto debido al tiempo de exposición de esta zona a la llama.

El efecto de calcinación se presentará en la madera necesariamente en el punto donde se alcanzaron las mayores temperaturas, siendo el centro en el espécimen donde permaneció la llama por más tiempo y en el borde anterior en el que se afectó por efectos de la gasolina.  En el primer caso, fue la superposición de la llama la que originó el patrón de daño más significativo.

La fotografía F5 (corte transversal) muestra desde la superficie hacia el interior de la madera un menor daño por efectos de la pirólisis.  Es así como el color negro se mantiene en los trozos craquelados, los que en su base se van tornando café hasta llegar a la zona sin daño

La fotografía F6 (corte transversal), al igual que la anterior, muestra desde la superficie hacia el interior de la madera la disminución del daño por efectos de la pirólisis.  No obstante, el rango de decoloración es muy acotado y se observa una demarcación clara entre el material pirolizado y la madera que no se encuentra dañada.

En un incendio estructural, donde encontramos muebles y objetos de madera, es muy probable que sus patrones de daño aporten información respecto de los flujos e intensidad de calor experimentados.

La fotografía F7 muestra claramente el mayor daño de la mesa (en el sector izquierdo de ella), que es concordante con el flujo de calor radiado desde el mueble tapizado (poliestireno).  Sin embargo, en el punto de origen marcado con una X, donde se encontraba un basurero, se añadieron 200 cc de gasolina.  Esto explica el intenso daño en las patas de la mesa y da cuenta que el aporte calórico preponderante fue a nivel bajo y no por la radiación desde el techo.  En este sentido, el derretimiento del material plástico del enchufe y el escaso daño de la superficie de la mesa en ese sector (vértice) son concordantes con una fuente de calor principalmente a nivel bajo.

La fotografía F8 muestra la mesa de centro (misma prueba de campo) con escaso daño en su superficie horizontal, generándose además un patrón semirectangular (zona protegida) por la presencia de un objeto (en este caso un diario).  Otro aspecto importante de discordancia en los patrones que se observan está dado por el mayor daño en la alfombra, en comparación con la superficie horizontal de la mesa. En condiciones normales, el mayor daño debió presentarse en la superficie de la mesa considerando la gradiente de calor por radiación desde el techo de la habitación

En relación a las marcas que dejan los líquidos acelerantes, éstas no tienen que ver con las superficies de madera específicamente puesto que es posible encontrarlas en pisos de distintos materiales (concreto, baldosas, alfombras, vinílicos plásticos, entre otros). Aún con todas estas limitaciones, las maderas constituyen un elemento de gran ayuda para el investigador en términos de la dirección del fuego, la intensidad del daño en un área específica y los rangos aproximados de exposición al calor en determinadas áreas de un mismo recinto.  Lo anterior no permite quizás establecer una hipótesis relativa a la causa de un siniestro, pero sí contribuye significativamente a precisar el punto de origen, lo que constituye un paso muy importante en la determinación de la causa de un incendio.