Introducción
⌅En el proceso de manejo silvicultural y aprovechamiento del bosque en Cuba, se genera un alto volumen de residuos no aprovechables industrialmente en las áreas de tala. Entre estos residuos, destacan los residuos maderables de copa, cuyo potencial no ha sido completamente definido para todas las especies explotadas a nivel nacional. Además, no se han explorado todos los posibles usos que podrían darse a estos materiales, lo que representa una oportunidad para futuras investigaciones y aplicaciones.
En Cuba, el plan de extracción de madera se concentra principalmente en la provincia de Pinar del Río, donde las especies más explotadas son Pinus caribaea Morelet var. caribaea, Pinus tropicalis Morelet y Eucalyptus saligna Smith. En el caso específico de P. caribaea, se ha estimado que en las áreas de tala queda un volumen de biomasa maderable residual de copa de 87,0 kg por cada m³ de madera de fuste aprovechada y acopiada en el acopiadero superior (Vidal et al., 2019Vidal, A. M., Quert-Álvarez, R., & Avilés-Martínez, G. F. (2019). Pronóstico de biomasa de copa aprovechable de Pinus caribaea por metro cúbico de madera de fuste. Revista Forestal Baracoa, 38(3), 21-28.). Para P. tropicalis, este valor es de 85,4 kg (Vidal et al., 2020Vidal, A. M., Toirac-Argüelles, W., & Rodríguez-Rodríguez, J. (2020). Pronóstico de biomasa de copa aprovechable de Pinus tropicalis por metro cúbico de madera de fuste. Revista Forestal Baracoa, 39(1), 33-38.). Este material leñoso, que generalmente se deja en el bosque sin un uso definido, contribuye al incremento de plagas, enfermedades y al riesgo de incendios forestales.
A nivel internacional, la utilización de residuos leñosos sin previo descortezado ha sido una práctica común en la industria de aglomerados debido a sus ventajas económicas, técnicas y comerciales (Puig et al., 1993Puig, A., Vidal, A. M., Godínez, E., Figueredo, M. A., Ramos, R., Rodríguez, J., & Quert, R. (1993). Triturador TC-1.6F para el procesamiento integral de la biomasa forestal.; Chen, 1990Chen, T. Y. (1990). The suitability of structural particleboard made from fast-growing tree species. Holz Als Roh - und Merkstoff, 48(12). https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/19910648632 ). Esta tendencia ha permitido el aprovechamiento de materiales que antes se consideraban desechos, lo que ha impulsado el desarrollo de nuevas tecnologías y aplicaciones en el sector forestal.
La producción de materiales ligeros de madera-cemento ha experimentado un rápido crecimiento debido a que combinan las mejores propiedades de ambos componentes en un solo producto (Yossifov et al., 1997Yossifov, N., Khristova, P., & Gabi, S. (1997). Agri-Cement Panels from Sunflower Stalks. Spokaine, 33-37.). Estos materiales son ampliamente utilizados en la construcción de viviendas, escuelas y otras estructuras, ofreciendo una alternativa de bajo costo que aprovecha materiales residuales. Su versatilidad y eficiencia han contribuido a su popularidad en el ámbito de la construcción sostenible.
Para determinar la viabilidad de utilizar madera u otros materiales lignocelulósicos en la elaboración de aglomerados con cemento, es fundamental conocer el grado de afinidad entre ambos materiales. La selección de especies maderables compatibles es un factor clave en la producción de estos aglomerados. Además, mediante la aplicación de técnicas específicas, es posible mitigar el efecto inhibidor del fraguado causado por ciertos componentes químicos presentes en la madera, como la sacarosa (LingFei et al., 1996LingFei, M., Kuroki, Y., Eusebio, D. A., Nagadomi, W., Kawai, S., & Sasaki, H. (1996). Manufacture of bamboo-cement composites I. Hydration characteristics of bamboo-cement mixtures.https://www.cabidigitallibrary.org/doi/full/10.5555/19960603705 ).
La variación en la composición química de la madera o cualquier material lignocelulósico influye directamente en la temperatura de hidratación de la mezcla con el cemento (Osinki & Potter, 1997Osinki, B. A., & Potter, A. (1997). Early Strength Prediction in Heat - Accelerated processing of cement-Wood Composite. Spokaine, 14-19.; Irel, 1993Irel, M. (1993). Agriculture residues for cement-bonded composites. Proceedings of a workshop on inorganic-bonded wood and fiber composite materials, 3, 31-58. https://cir.nii.ac.jp/crid/1571698599510560768 ). Este aspecto es crucial para garantizar la calidad y durabilidad de los productos finales, ya que afecta las propiedades físicas y mecánicas de los aglomerados.
El objetivo de esta investigación es determinar la aptitud de los residuos maderables de copa de las especies Pinus caribaea y Eucalyptus saligna para su uso en combinación con cemento Portland. Este estudio busca definir su posible empleo en la elaboración de aglomerados, lo que podría representar una alternativa sostenible para el aprovechamiento de estos residuos forestales.
Materiales y métodos
⌅La investigación se llevó a cabo en los laboratorios del Departamento de Tecnología de la Madera del Instituto de Investigaciones Agroforestales de La Habana, Cuba, durante el año 1996. Para el estudio, se utilizó biomasa maderable de copa de Pinus caribaea Morelet y Eucalyptus saligna Smith, obtenida de áreas de tala en la Provincia de Pinar del Río. Estos residuos se sometieron a una transformación primaria mediante un Triturador Combinado TC-1,6 F, diseñado y construido por investigadores del Instituto de Investigaciones Agroforestales y del Instituto de Mecanización Agropecuaria (Puig et al., 1993Puig, A., Vidal, A. M., Godínez, E., Figueredo, M. A., Ramos, R., Rodríguez, J., & Quert, R. (1993). Triturador TC-1.6F para el procesamiento integral de la biomasa forestal.). Posteriormente, se realizó una transformación secundaria con un molino eléctrico, con el objetivo de obtener astillas tecnológicas de un tamaño entre 0.5 y 2.0 mm para el ensayo.
El ensayo de aptitud se ejecutó mediante el Test de Sanderman (Sanderman & Kholer, 1964Sanderman, W. R., & Kholer, R. (1964). Studies of Mineral bonded Wood materials. IV: A short test of the aptitude of wood for cement bonded materials. Holzforsechung, 18(12), 53-59.), el cual se basa en la medición de la temperatura máxima de hidratación de una mezcla de prueba y un testigo en un sistema adiabático. Este sistema fue diseñado y construido por investigadores del INAF (Velázquez, 1990Velázquez, D. (1990). Equipo determinador de compatibilidad. IX Forum de Ciencia y Técnica.). La Figura 1 muestra el equipo utilizado para determinar la compatibilidad entre la biomasa maderable de copa y el cemento.
Para la muestra de estudio, se empleó una relación madera-cemento-agua de 1:10:5, mientras que para el patrón se utilizó una relación cemento-agua de 1:0.5. Esto equivalió a 20 g de madera, 200 g de cemento y 100 g de agua. El cemento utilizado en el experimento fue el Portland PP-250 de producción nacional. La temperatura se registró mediante observación directa durante un período de 20 horas consecutivas.
El cálculo del Coeficiente de Aptitud se realizó mediante la ecuación descrita por Vilela & Duasquier (1968)Vilela, E., & Duasquier, H. (1968). Determinación del Coeficiente de Aptitud de un grupo de maderas para su posible aplicación en la fabricación de tableros de pajilla de madera-Cemento. Revista Forestal Venezolana, 11(16), 75-84., la cual se expresa de la siguiente manera:
Donde:
AA = Coeficiente de Aptitud (%)
TM = Temperatura máxima del patrón (°C)
Ta = Temperatura ambiente (°C)
De acuerdo con los valores obtenidos del Coeficiente de Aptitud, las muestras se clasificaron en las categorías de Muy Buenas, Buenas, Regulares y Malas. Esta clasificación permitió evaluar la viabilidad de la biomasa maderable para su uso en combinación con cemento.
Resultados y discusión
⌅Se presentan los valores de temperatura obtenidos durante el proceso de fraguado para ambas especies y la muestra patrón. La muestra de P. caribaea alcanzó la máxima elevación de temperatura a las 14 horas, con un valor de 41,5 °C, mientras que Eucalyptus saligna registró su mayor desprendimiento de calor una hora después, con una ligera disminución de este parámetro (40,5 °C). Por su parte, en la muestra patrón, la reacción exotérmica alcanzó un máximo de temperatura de 44,5 °C a las 13 horas, y a partir de ese momento comenzó a disminuir (Tabla 1).
| Tiempo (h) | Patrón | P. caribaea | E. saligna |
|---|---|---|---|
| A | 27.5 | 27.5 | 27.5 |
| 1 | 27.5 | 28 | 28 |
| 2 | 27.5 | 28.5 | 29.5 |
| 3 | 28 | 29.6 | 30 |
| 4 | 28.5 | 30 | 30.5 |
| 5 | 30 | 30.5 | 31 |
| 6 | 31.5 | 31.5 | 31 |
| 7 | 33 | 32.5 | 32.5 |
| 8 | 34 | 34.5 | 33.5 |
| 9 | 35 | 35.5 | 35 |
| 10 | 36.5 | 37.5 | 35.5 |
| 11 | 38.5 | 38 | 37 |
| 12 | 40 | 40.0 | 38 |
| 13 | 42 | 40.5 | 38.5 |
| 14 | 44.5 | 41 | 39 |
| 15 | 44 | 41.5 | 40 |
| 16 | 43 | 41 | 40.5 |
| 17 | 42.5 | 40.5 | 39 |
| 18 | 42 | 40 | 38.5 |
| 19 | 41 | 39.5 | 38 |
| 20 | 40 | 39 | 37.5 |
| Coef. De Apt. (%) | 40 | 38.5 | 37 |
| 82.9 (M.B) | 77 (B) |
En la Tabla 1 también se presenta el Coeficiente de Aptitud de ambas especies. Para P. caribaea, este coeficiente fue de 82,9%, clasificado como "Muy Bueno", mientras que para E. saligna se obtuvo un valor de 77%, interpretado como "Bueno". Estos resultados coinciden con lo informado por diversos autores, quienes destacan las ventajas de la madera de coníferas para su uso en esta tecnología, debido a su alta compatibilidad sin necesidad de aditivos o aceleradores del fraguado (Zouldian et al., 1997Zouldian, A. A., Mongel, E., Sauvatand, N., & Fodrevelle, J. (1997). Effect of setting accelerators on the chsracteristcs of wood-Cement Particleboards. Spokaine, 26-32.; Irel, 1993Irel, M. (1993). Agriculture residues for cement-bonded composites. Proceedings of a workshop on inorganic-bonded wood and fiber composite materials, 3, 31-58. https://cir.nii.ac.jp/crid/1571698599510560768 ; Moslemi et al., 1983Moslemi, A. A., Garcia, J. F., & Hofstrand, A. D. (1983). Effect of various treatments and additives on wood-Portland cement-water systems. Wood and Fiber science, 15, 164-176.; Manzanares et al., 1991Manzanares, K., Velazquez, D., Valdés, J., Martinez, O., & Morales, F. (1991). Aptitud del material de raleo de tres especies forestales para formar aglomerados con cemento. Revista Forestal Baracoa, 21(1), 59-73.).
Los resultados indican que la fracción de corteza, que representa alrededor del 15% en las muestras de ambas especies, no ejerce un efecto inhibidor en el fraguado del cemento. Este hallazgo sugiere que la presencia de corteza no afecta negativamente el proceso de hidratación.
En la Figura 2 se muestran las curvas que representan el comportamiento de la temperatura durante el proceso de hidratación de las muestras. Se observa que ambas especies presentan un comportamiento similar, con una elevación de la temperatura por encima del patrón durante las primeras horas de la reacción. Este fenómeno puede atribuirse al contacto inicial entre los componentes químicos de la madera y el aglomerante.
A partir de las seis horas, el desprendimiento de calor en el testigo se incrementó por encima de las muestras de ensayo, alcanzando su máximo en un menor tiempo. Resultados similares fueron informados por Manzanares et al. (1991)Manzanares, K., Velazquez, D., Valdés, J., Martinez, O., & Morales, F. (1991). Aptitud del material de raleo de tres especies forestales para formar aglomerados con cemento. Revista Forestal Baracoa, 21(1), 59-73. en estudios realizados con residuos del raleo de P. caribaea y P. tropicalis.
Conclusiones
⌅-
Pinus caribaea presenta un Coeficiente de aptitud mayor de 80%, clasificado como Muy Bueno.
-
Eucalyptus saligna se considera Bueno, por presentar un Coeficiente de aptitud de 77%.
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Para el empleo de los residuos maderables de copa de estas especies en la producción de aglomerados con cemento, no se requiere un descortezado previo ni la adición de aditivos aceleradores del fraguado.
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La biomasa maderable de copa procedente de las áreas de tala de Pinus caribaea y Eucalyptus saligna pueden ser empleados como materia prima para la elaboración de aglomerados con cemento como un producto forestal para la construcción de viviendas.