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Introducción
El desarrollo de edificaciones habitacionales ha sido fundamental en el proceso evolutivo humano, al ser considerado un elemento primordial para su desarrollo personal y social el disponer de un área física en la cual se pueda dormir, alimentarse y desarrollar múltiples actividades físicas que le generen pertenencia (Hermawana et al., 2015). En el último siglo, la vivienda habitacional se ha considerado un símbolo de estatus, un elemento de consagración del individuo en la sociedad (Cabléa et al., 2019); generando con ello que en las últimas tres décadas se dé una tendencia de aumento del 6,2 % en la demanda habitacional para América Latina y un 3,5 % anual a nivel mundial (Lenoch y Hlaváèkov, 2015).
Ante tal panorama, los sistemas constructivos se han tenido que adaptar al desarrollo de edificaciones de rápida manufactura, que se ajusten a las tecnologías actuales y a la percepción del mercado demandante (Malesza y Miedzia³owski, 2017), para lo cual la selección y uso de materiales es fundamental para generar un mayor éxito de comercialización (Lenoch y Hlaváèkov, 2015). Diyamandoglu y Fortuna, (2015) mencionan que los mercados inmobiliarios actuales se enfocan en cuatro elementos en el momento de adquirir espacios habitacionales: ubicación espacial de la edificación (considerando la ubicación, servicios disponibles, recursos y cercanía de puntos estratégicos como supermercados, centros educativos, entre otros.); características funcionales de la edificación (distribución de la planta física); características estéticas de la edificación (estética de sitio y composición visualmente agradable) y materiales implementados en la edificación (tipo materiales, calidad de acabado y estado de los mismos en el momento de la evaluación). Conforme a las condiciones del inmueble sean mejores, la cotización en el mercado será mayor y por ende su valor se incrementará y las posibilidades de venta serán mayores.
Es en el aspecto de características estéticas y materiales implementados en el que se tiende a invertir la mayor cantidad de recursos financieros y de tiempo en el proceso constructivo (Risse et al., 2019). Uno de los materiales que más ha sido usado históricamente es la madera (Tonooka et al., 2014), que se caracteriza por ser un material disponible en cualquier parte del mundo, con una gran trabajabilidad, cuyas propiedades físicas y mecánicas le permiten ser implementado en infraestructuras complejas para la absorción de ondas acústicas que generan un espacio silencioso, por su baja conductividad térmica y por la posibilidad de incrementar el aislamiento en el resto de los sistemas constructivos, lo cual permite que sea el material número uno en los países con temperaturas extremas; asimismo, presenta un gran atractivo estético (Loughlin y Dodder, 2013). Risse et al., (2019) menciona que es un material sostenible en comparación con el concreto, acero, plásticos, aluminio, entre otros, los cuales requieren de mayores consumos de energía para su producción, generan más polución, residuos y alto impacto ambiental.
Sin embargo, una de las mayores limitaciones que ha tenido la madera en la región tropical en el uso constructivo ha sido la poca normalización, clasificación y adaptación del material a los distintos usos potenciales, generando que la percepción de la madera se limite a usos estéticos o temporales en las edificaciones (Kern et al., 2018). Por ello, en las últimas décadas se ha iniciado la creación de normativas de uso, destacando las normas UNE, basadas en la normativa europea, que consideran: términos generales comunes a la madera aserrada y a la madera en rollo (UNE-EN 844-1, 1996a); términos generales relativos a la madera aserrada (UNE-EN 844-3, 1996b) y madera estructural, dimensiones y tolerancias (UNE-EN 336, 2014). También se encuentra la norma de clasificación visual de la madera aserrada para uso estructural; esta última se limita solamente a madera de coníferas (UNE 56544:2007). En Chile se destaca la norma de defectos, a considerar en la clasificación, terminología y métodos de medición (NCh 992:1972); procedimiento y criterios de evaluación para clasificación (NCh 993: 1972); preservación, clasificación, composición y requisitos de los preservantes para madera (NCh 790:2012) y terminología general (NCh 173:2008). En Estados Unidos, sobresalen un grupo de ocho normas de la American Society for Testing and Materials (ASTM), que normalizan aspectos de secado, perservado, calidad visual y de uso estructural de madera para uso constructivo.
En caso específico de Costa Rica, el Instituto de Normas Técnicas de Costa Rica (INTECO), en la última década ha iniciado la creación de normativas en uso de la madera como material constructivo, disponiendo actualmente de dos: norma de terminología de maderas (INTE C98:2015) y madera aserrada para uso general (Requisitos, INTE C99:2014). Para la elaboración de estas normas se usaron como referencia las normas ASTMD9-12 y NTC 1305 respectivamente; sin embargo, a nivel nacional se cuenta con una normativa metodológica limitada que evalúa la estética y el uso de la madera en construcciones de bienestar social desarrolladas por el estado costarricense, por lo que el objetivo del presente trabajo consiste en proponer una metodología de evaluación de calidad de madera en viviendas de interés social en Costa Rica.
Materiales y métodos
La investigación se desarrolló con un enfoque mixto, en la cual se vincularon variables cuantitativas medibles en la madera y variables cualitativas como la evaluación visual de la calidad de la madera y la percepción de variables de interés. Debido a que en la actualidad no se dispone de la norma nacional de evaluación de calidad de madera en edificaciones de bienestar social, pues las existentes evalúan la madera en construcciones a nivel general, se decidió analizar consideraciones existentes de la norma española (UNE-EN 336:2014 y ASTM D9-12) en conjunto con las normas nacionales INTE C99:2014 para madera aserrada para uso general y la norma INTE C98:2015 de terminología de maderas en Costa Rica.
Consideraciones iniciales para la evaluación de la calidad de madera en viviendas de interés social
El desarrollo de la metodología de evaluación de calidad de madera en construcciones de bienestar social consideró los siguientes elementos en su proceso:
Que esté acorde con las normativas existentes y vigentes para Costa Rica, en cuanto a sistemas constructivos y utilización de madera.
Prácticas a desarrollar en campo, lo que simplifica el proceso de evaluación y permite dar información necesaria para la toma de decisiones en las edificaciones.
Que sea de rápido aprendizaje, para que con ello el proceso de entrenamiento sea el mínimo y la mayor cantidad de colaboradores dispongan de un criterio sustentado.
Que cuente con un respaldo metodológico comprobable mediante pruebas estadísticas; es relevante disponer de un sistema de evaluación representativo (complementario al existente en la norma (INTE-ISO 2859:2005), en el que el sistema de muestreo y análisis sea estadísticamente fuerte y con ello se pueda hacer acciones de mejora o corrección a todo un proyecto sin la necesidad de evaluar pieza por pieza.
Para el cumplimiento de los cuatro supuestos mencionados anteriormente, se consideraron los criterios de profesionales en el área, en conjunto con normas nacionales e internacionales vigentes, producto de las cuales se seleccionaron cuatro variables de análisis: contenido humedad, dimensionalidad del material, calidad visual de la madera, penetración y retención de preservantes.
Variables de calidad analizadas
En cada sitio de estudio se analizaron las siguientes variables, a partir de la metodología desarrollada por Camacho-Padilla, (2014):
Contenido de humedad de la madera: definido como la cantidad de agua presente dentro de la madera; para su evaluación se implementó un medidor de humedad portable de perforación (de dos pines de medición de 20 mm de longitud), marca PCE modelo Dam master, con un rango de funcionamiento del 5 al 100 % de contenido de humedad. Las mediciones se desarrollaron en el punto medio de cada muestra evaluada.
Dimensionalidad del material: se medió el espesor, ancho y la longitud de cada pieza de madera según el procedimiento establecido en la norma INTE C99:2014 de madera aserrada para uso general. Requisitos. En la evaluación se implementó una cinta métrica de carpintería de una longitud de 5 m.
Calidad visual de la madera: se implementaron las categorías disponibles en la norma INTE C99:2014 para madera aserrada para uso general y se analizaron los defectos: arista faltante, agujeros, corteza incluida, falla de cepillado, grano levantado, grietas por secado en la cara, marca de sierra, nudo muerto, nudo vivo y defecto de taladrado. El análisis se realizó para todas las caras visibles de las piezas instaladas y se desarrolló de tipo visual.
Penetración del preservante en la madera: se analizó la penetración del preservante en la madera, para lo cual se aplicó una prueba colorimétrica en diferentes piezas de madera con el reactivo Cromo-azurol, el cual generó un cambio de coloración de la muestra que permitió determinar el porcentaje de la pieza en la cual permanecía el preservante. Con la retención del preservante en la madera se aplicó para la especie Pinus radiata, C. Alliodora y Pinus sp. para lo cual se recolectaron muestras en cada sitio y se aplicó la técnica de laboratorio de microscopía de absorción atómica, para determinar el valor de retención de las muestras y compararlo con el valor mínimo de permanencia del producto, el cual para la especie Pinus Radiata tratada con Micronized Copper Azole corresponde a 3,3 kg/m3, para C. Alliodora preservada con xilocromo el requerimiento mínimo es de 1,1 kg/m3 y finalmente el requerimiento mínimo para el Pinus sp. es de 2,4 kg/m3, según lo establecido en la norma de preservación de madera INTE C333:2018, con un muestreo de triplicado para cada pieza de cada especie analizada.
Sitios de estudio y materiales analizados
Se realizó la evaluación en productos de madera aserrada disponibles en las empresas (Figura 1): Ecohouses (Alajuela), SOMABACU (Limón) encargadas de suministrar y construir viviendas de interés social y en la Asociación de Desarrollo Integral del territorio Indígena de Bribri (ADITIBRI) (Limón) que se encuentra incursionando en el suministro de madera para la construcción de viviendas sociales. En cada vivienda se seleccionaron las piezas de muestreo (se implementó una intensidad de muestreo del 3 %) según las dimensiones de interés, pero el punto de extracción de cada pieza fue aleatoreo. Las especies analizadas fueron las dominantes en las edificaciones, Pinus radiata en Ecohouses, Pinus sp. en SOMACABU y Cordia alliodora en ADITIBRI.
Fig. 1 - Ubicación de los tres sitios evaluados con la metodología de evaluación de la calidad de la madera para viviendas de interés social en Costa Rica, 2018
En cada edificación se seleccionaron diez productos de madera con mayor disponibilidad (Tabla 1). Evaluando el 3 % de piezas de madera instaladas de cada casa (valor estimado para tener una potencia estadística mínima del 85 %). A cada pieza se le midieron las dimensiones de espesor, ancho y longitud con cinta métrica. También, el contenido de humedad y se analizó su calidad visual según la según la norma INTE C99: 2014.
Tabla 1 - Lista de materiales constructivos evaluados con la norma de calidad de la madera utilizada en viviendas de interés social en Costa Rica
Con respecto a la medición de la penetración del preservante en la madera, se tomaron tres muestras de diferentes piezas en cada sitio en estudio, se escogió la dimensión de interés de evaluación, pero el punto específico de extracción fue aleatoreo. Se les realizó una prueba colorimétrica con el reactivo Cromo-azurol; por otra parte, para la evaluación de la retención del preservante se recolectó una muestra de 13 piezas, las cuales fueron enviadas al laboratorio químico LAMBDA para conocer la cantidad de preservante presente.
Análisis estadístico
Para cada variable analizada se procedió a realizar un análisis descriptivo, a partir del cual se generó el promedio, mediana, desviación estándar y coeficiente de variación. Posteriormente, se hizo el análisis de normalidad y se realizó un Análisis de Varianza de una Vía (ANDEVA), para identificar si existían diferencias entre los valores de cada variable presente en cada especie; en caso de encontrar diferencias se aplicó una prueba de Tukey. Los análisis se realizaron con una significancia de 0,05 y en el programa estadístico InfoStat versión 2018.
Resultados y discusión
Variación de contenido de humedad
Se presenta la variación del contenido de humedad en todas las piezas muestreadas de cada sitio. (Figura 2) En el caso de Ecohouse (Figura 2a), se identificó para P. radiata un contenido de humedad promedio de 11,4 %; el 85 % de las piezas se encontraron en el rango de 10,4 a 12,6 %. Además, la totalidad de las muestras mostraron una categorización según la norma INTE C99-2014, al cumplir con el criterio para madera seca (inferior al 19 %) establecido en la norma. En el caso de ADITIBRI (Figura 2b), para la especie C. alliodora el rango para el contenido de humedad fue de 7,0 a 79,8 %; el 86 % de las muestras analizadas se clasificaron en estado verde (promedio con un CH del 55 %), únicamente el 14 % en estado seco. Finalmente, en SOMABACU, para la especie Pinus sp. (Pino Amarillo del Sur) el contenido de humedad promedio varía entre el 14,95 y 20,32 %; por otra parte, la madera de C. alliodra varió entre el 16,9 y el 83,2 %, en la cual el 42,5 % del material evaluado incumplió la norma, siendo considerado como madera seca únicamente el 57,5 %.
La poca variación del contenido de humedad del P. radiata y Pinus sp se debe a que es un material importado de Chile, por lo que en el proceso de exportación se seca al horno con un contenido de humedad final del 10 %. Miranda et al., (2010) menciona que en la exportación de la madera se busca que las piezas estén secas, con el fin de reducir costos y uniformizar la calidad y dimensionalidad del material; por lo que es de esperar que el material cumpliera lo establecido por la norma. En el caso de la madera de C. alliodora, a nivel nacional se comercializa tanto condición seca como húmeda, ya que el mercado no cuenta con un contenido de humedad de aceptación definido (Moya et al., 2010), se explica que en regiones tropicales, la demanda de madera no considera los rangos de humedad de esta en la construcción habitacional, debido a que se asume que en el proceso de edificación la misma se secará, además que, comprar la madera verde implica un ahorro económico; sin embargo, no se toman en cuenta los defectos, deformaciones y reducciones de la calidad que la edificación tendrá durante el proceso de secado de las piezas instaladas (Salazar, 2008).
Caracterización dimensional de los materiales
Con respecto a la variabilidad de las piezas, de forma general se determinaron los siguientes aspectos (Tabla 2):
De las tres especies analizadas, los materiales utilizados con P. radiata mostraron la mayor estabilidad dimensional y cumplimiento de los rangos de variación según la norma INTE C99-2014, que no deben superar el 5 %.
Las únicas piezas que mostraron disconformidades en P. radiata fue en el producto balaustres (en las tres variables), pasamanos (en el ancho) y postes (en ancho y longitud).
C. alliodora fue la especie de menor uniformidad del material, encontrando problemas en espesor (en clavadores, peldaños, petatillo y piso), ancho (en petatillo y piso) y longitud (en todos los materiales).
Con la especie Pinus sp., la no conformidad en espesor se dio en los materiales: petatillo y pilotes; en ancho se dio en pilotes y la longitud se dio en todos los materiales evaluados.
La poca inconformidad en P. radiata se debe a la homogeneidad del material importado (el cual se determinó para el estudio que está cepillado). Según Mora, (2016), el éxito de la comercialización de productos maderables en altos volúmenes es la homogeneidad dimensional del material; según los lotes tengan poca variabilidad, generará en el usuario la percepción de facilidad de conseguir materiales en el tiempo que le permitan estandarizar los procesos productivos, en este caso en sistemas constructivos. Por su parte, con las piezas de C. alliodora y Pinus sp., el problema encontrado en espesor y ancho de las piezas se debe directamente a la variación encontrada en los contenidos de humedad (Figura 2). Lizán-Narro, (2018) menciona que la madera verde puede tener reducciones del 10 al 25 % en la dimensionalidad debido a la pérdida de humedad. En el caso encontrado, la variabilidad se puede incrementar conforme se dé una pérdida de humedad del material.
Tabla 2 - Variación del espesor, ancho y longitud obtenidos en los productos de madera de P. radiata usado por Ecohouse, C. aliliodora en ADITIBRI y Pinus sp. en SOMABACU implementados en casas de bienestar social en Costa Rica
Nota: *se denota para piezas que demuestran una variación de la dimensionalidad de las piezas que no es conforme según la norma INTE C99-2014
Clasificación visual de los materiales
En la calidad visual de los materiales (Figura 3) se encontró, para las piezas de P. radiata, que el 65 % del material evaluado no presentó defecto alguno; sin embargo, el 35 % del material restante mostró presencia de uno de los siguientes seis tipos de defectos identificados: corteza incluida, grietas por secado en cara, médula incluida, nudo muerto y nudo vivo (Figura 3a). El nudo vivo fue el defecto dominante presente en el 50 % del material; esto se debe, según Camacho-Padilla, (2014), a que la madera importada de Chile proviene de plantaciones maderables intensivas en las que el estímulo de crecimiento incide en que los árboles generen una gran cantidad de nudos, que se denotan en las piezas exteriores del fuste, caracterizándose por tener una calidad menor y que generalmente son consumidas por los mercados Centroamericanos. En caso de los restantes defectos, se deben a la calidad de material. Trujillo et al., (2011) destaca que el 60 % de la madera importada de Chile presenta calidad 3 o 4, considerada como de categoría media, por lo que es común la presencia de una gran densidad de nudos y defectos.
En el caso de las piezas de C. alliodora(Figura 3b), se encontró un cumplimiento del 55 % del material con las normas visuales, el restante 45 % presentó alguno de los siguientes 10 defectos: nudo vivo (21 %), rajaduras (18 %), nudo muerto (16 %), corteza incluida (13 %), marca de sierra (11 %), arista faltante (9 %), grano levantado (6 %), agujeros (4 %) y taladro (2 %). Los defectos identificados se caracterizaron por ser de carácter natural de la especie (nudos, agujeros, grano), pero en su mayoría por un procesamiento deficiente del material (marcas de sierra, arista faltante, taladro y corteza incluida). Mora (2016) menciona que, generalmente, las especies tropicales muestran defectos estéticos producto de la mala manipulación y procesamiento de las trozas, del uso de equipo o patrones de corte deficiente, incidiendo en que la calidad del material sea menor y requiriendo el empleo de procesos secundarios para incrementar la calidad de las piezas. Finalmente, con las piezas de Pinus radiata(Figura 3c), el 71 % del material no presentó algún tipo de defecto, el restante 29 % presentó alguno de los siguientes defectos: nudos vivos (40 %), falta de cepillo (20 %), taladro (15 %) grietas por secado (10 %), arista faltante (10 %), nudo muerto (4 %) y marca de sierra (1 %). Los defectos identificados se deben a las mismas razones mencionadas para C. alliodora, así como a la combinación de las características de la especie en conjunto a un manejo con deficiencias del material.
Calidad de preservación
En cuanto a la preservación de los materiales, se obtuvo para las tres especies implementadas el cumplimiento de la penetración del preservante en albura del 100 % (exceptuando los aleros de SOMABACU que mostraron una penetración del 0 % debido a que las piezas estaban manufacturadas en duramen). Los valores de penetración fueron congruentes a los presentados por Moya et al., (2010), en los que se encontró para las especies estudiadas una penetración total, ya que la permeabilidad de la albura en condición verde es ideal para la entrada de preservantes. Por su parte, Harb et al., (2018) identificó para especies del género Pinus penetraciones del 95 %, debido a que el sistema conductivo de las traqueidas es ideal para la inyección de preservantes por autoclavado (Tabla 3).
Tabla 3 - Porcentaje de penetración del preservante aplicado en las piezas de madera aserrada en las especies P. radiata y C. alliodora
Con respecto a la retención del preservante, evaluado en P. radiata, C. alliodora y Pinus sp se determinó un incumplimiento total de la retención del preservante que, según las especificaciones, deben ser de 3,3; 1,1 y 2,4 kg/m3 para las especies, respectivamente. Los valores obtenidos son extremadamente bajos para el caso de C. alliodora; esto se debe a que el sistema de preservación empleado fue del tipo inmersión, el cual, si bien permitió una presencia total del preservante, la concentración del mismo es extremadamente baja. Robey et al., (2018) mencionan que una baja retención de preservante con penetraciones totales se debe a que la concentración de la disolución fue baja, el sistema de preservación y secado no fue óptimo y generó pérdida de preservante por lixiviación o bien la calidad del preservante no fue la mejor (Tabla 4).
Tabla 4 - Porcentaje de retención del preservante aplicado en las piezas de madera aserrada en las especies P. radiata y C. alliodora
Nota: Valores entre paréntesis representan la desviación estándar, en el caso del asterisco (*) solo se aplicó una prueba en Pino amarillo del sur, ya que el procediendo empleado en C. alliodora fue una aspersión superficial sobre las piezas
Criterio de aceptabilidad de calidad
Se determinó que únicamente las piezas de madera propiedad de la empresa Ecohouse, de P. radiata presentaron un estatus de aceptación en cuanto a calidad, siendo la retención el parámetro que presentó menor nota debido a los bajos niveles de retención del producto aplicado Salazar, (2008) mencionó que los estándares de calidad en construcción con madera homogénea tiende a ser elevado debido a la poca variación del material, que permite al desarrollador construir con mayor facilidad y sistematizar los procesos constructivos (Tabla 5).
En el caso de los otros dos sitios la aceptación fue menor al 60 %, debido a que la mayoría de la madera evaluada presentó un elevado contenido de humedad, clasificando la madera como verde; asimismo, existió incumplimiento total en la longitud de las piezas e igualmente los valores de retención del preservante están muy por debajo de los requerimientos mínimos establecidos, por lo que se debe dar un mayor control y acompañamiento a las construcciones desarrolladas con ambas especies con el fin de generar construcciones de mayor calidad. Qu et al., (2012) mencionan que edificaciones con alta variabilidad dimensional y humedad en las piezas pueden ser la base para defectos constructivos en los primeros cinco años de vida del proyecto, ya que el proceso de secado genera una reducción en las piezas, curvaturas o afectaciones en el acabado que generará afectación en la estética; además pueden ser puntos ideales para la presencia de hongos y patógenos que generen un deterioro mayor en la construcción.
De las especies utilizadas, el P. radiata obtuvo una aceptación del 77,3 % en cuanto a la calidad, debido a la uniformidad en cuanto al contenido de humedad, dimensiones, estética (que mostró limitación principal de nudos vivos) y en menor medida en la preservación (con una penetración total, pero una retención debajo de lo establecido), estos buenos resultados se deben a que es material importado con homogeneidad en dimensiones y procesos previos. Caso contrario con C. alliodora y Pinus sp., que presentaron una aprobación menor al 55 %, con contenidos de humedad que consideran la madera como verde (promedio 60 %), la uniformidad dimensional es deficiente (con énfasis en la longitud) y en menor medida en los defectos (enfatizados en naturales como nudos y manejo como marcas de sierra). Finalmente, en cuanto a la preservación, específicamente en la retención, para ninguna de las especies en estudio se alcanzó el valor mínimo requerido.
