Wood quality and material integrity of wildfire-exposed Cryptomeria japonica evaluated by mechanical grading and multi-scale characterization

Resumen Técnico: Calidad de la Madera e Integridad del Material de Cryptomeria japonica Expuesta a Incendios Forestales

Planteamiento del Problema
Tras el incendio forestal de Ofunato en 2025 en la prefectura de Iwate, Japón, una zona significativa de bosques plantados de Cryptomeria japonica (cedro japonés) resultó dañada. Un desafío crítico para la gestión forestal y la industria de la madera es determinar si los troncos expuestos al fuego deben rescatarse para uso estructural o descartarse. La evaluación visual suele conducir al rechazo de los troncos basándose en la corteza ennegrecida o el chamuscado superficial, lo que potencialmente desperdicia un gran recurso. Por el contrario, reutilar el material sin una evaluación basada en evidencia conlleva el riesgo de comprometer el rendimiento estructural, la eficiencia de procesamiento y la durabilidad. Además, el uso de agua de mar para la supresión de incendios planteó preocupaciones específicas con respecto a la contaminación residual por cloruros, lo que podría afectar el procesamiento o la vida útil. Existía una falta de datos empíricos que integraran la clasificación mecánica de grandes muestras con la caracterización química y microestructural de C. japonica proveniente de un incendio forestal real a gran escala.

Metodología
El estudio evaluó 30 árboles (10 por clase de severidad) cosechados aproximadamente tres meses después del incendio. Los árboles se clasificaron en tres clases de severidad de quemado visual según la altura del chamuscado del tallo: baja (hasta 1,5 m), moderada (hasta 5 m) y severa (tallo hasta la copa).

• Evaluación Mecánica: Se procesaron dos trozas de 2,1 m por árbol. Se midió el módulo de elasticidad (MOE) longitudinal dinámico mediante pruebas de vibración (JAS 1052:2022). A partir de estas trozas, se produjeron 711 láminas secadas en horno (aprox. 108 mm × 28 mm × 2000 mm) y se clasificaron mecánicamente (JAS 1152) en clases de módulo de flexión (L30–L125). Adicionalmente, se prepararon pequeñas probetas limpias (20 mm × 20 mm × 500 mm) a partir de albura, madera de corazón madura, madera de corazón juvenil y médula para pruebas de flexión estática (JIS Z 2101).
• Análisis de la Corteza y Microestructural: El espesor de la corteza se midió en discos de 50 mm. Una muestra representativa de severidad severa (Disco N.º 67) fue sometida a observación microscópica, análisis de composición química (azúcar y lignina Klason mediante HPLC), espectroscopía de infrarrojos por transformada de Fourier (FT-IR), difracción de rayos X de ángulo ancho (WAXD/XRD) y análisis termogravimétrico (TGA).
• Análisis de Cloro: Para evaluar los riesgos de la supresión con agua de mar, se midieron las concentraciones de cloro en la corteza y la albura de áreas sujetas a la pulverización aérea de agua de mar y a la extinción directa en tierra con agua de mar. Las muestras se analizaron para cloro volátil y no combustible mediante combustión y cromatografía iónica, comparándolas con controles regionales no quemados.

Resultos Clave

• Integridad Mecánica: No hubo una disminución monotónica en el MOE dinámico de la troza ni en la rigidez de las láminas clasificadas mecánicamente con el aumento de la severidad de quemado visual. La clase modal de la troza (Ef70) y la mayoría de las láminas (L50–L80) fueron consistentes en todas las clases de severidad. Aproximadamente el 99% de todas las láminas cumplieron con los requisitos para un montaje de madera laminada de grado mixto equivalente a E55-F200. Las pruebas de probetas limpias indicaron que las propiedades de flexión estaban gobernadas más por el tipo de madera radial (albura frente a madera de corazón juvenil/médula) que por la severidad del quemado externo.
• Condición de la Corteza: El quemado severo afectó principalmente a la corteza en lugar de causar una carbonización profunda del xilema. En la clase severa, aproximadamente el 75% de las mediciones de espesor de la corteza fueron inferiores a 2 mm, lo que indica una pérdida de la capa protectora de la corteza y un aumento de la susceptibilidad al agrietamiento y la biodeterioración.
• Integridad Química y Estructural: La observación microscópica de la muestra severa mostró que se conservaron los marcos de las paredes celulares de las traqueidas, aunque con decoloración localizada y depósitos resinosos. Los espectros de FT-IR, los perfiles de WAXD/XRD y los análisis de composición química (glucosa, xilosa, manosa, lignina) de la madera interna no mostraron una degradación marcada ni una pérdida sistemática de la estructura cristalina en comparación con los controles no quemados.
• Contaminación por Cloro: Las concentraciones de cloro en las muestras quemadas (tanto en la exposición de agua de mar aérea como en la terrestre) no superaron los rangos observados en la corteza de los controles regionales no quemados. Los equivalentes de cloro total calculados se mantuvieron por debajo del parámetro de referencia del 0,05% de masa seca utilizado habitualmente para las especificaciones de combustible de madera, lo que sugiere que no hubo un enriquecimiento de sal anormal en el material probado.

Significancia y Reivindicaciones
El artículo sostiene que el chamuscado visual por sí solo es un predictor poco fiable del rendimiento mecánico inmediato en Cryptomeria japonica expuesta a incendios forestales. El estudio respalda un marco de decisión donde la clasificación mecánica rápida, en lugar del rechazo visual, es esencial para determinar el potencial de reutilización de los troncos dañados por el fuego. Los hallazgos indican que la madera interna de los árboles severamente quemados puede retener una rigidez estructural comparable a la de la madera sana, siempre que el material se procese rápidamente.

Sin embargo, los autores enfatizan que, si bien la rigidez a corto plazo se mantiene, la pérdida de corteza en los troncos severamente quemados crea un alto riesgo de deterioro dependiente del tiempo (agrietamiento, ataque de insectos, colonización fúngica). Por lo tanto, el rescate, el descortezado y el procesamiento rápidos son críticos. El estudio concluye que se requiere una verificación adicional de la resistencia destructiva, el rendimiento de la unión, la durabilidad y los efectos de almacenamiento antes de la certificación final del producto. Los resultados no respaldan el rechazo generalizado de Cryptomeria japonica expuesta a incendios forestales basándose únicamente en la apariencia externa o en la suposición de contaminación por cloruros debido al agua de mar, pero resaltan la fragilidad operativa del material severamente quemado.