DETERMI DETERMI NACI ON DE LA HUMEDAD DE LA MADERA Y MATERI ALES DE CONSTRUC CONSTRUCII ÓN METODOS METODOS E I NSTRUMENTOS DE MEDI DA La determinación del contenido de humedad en materiales de construcción tiene cada vez más importancia. Factores tales como los plazos cortos para la ejecución de nuevas construcciones a menudo sin los requisitos de las fases de secado; aislamientos que cumplan con las más recientes especificaciones para la conservación de la energía, consistentes en un aislamiento térmico completo con ventanas y puertas estancas; y ventilaciones inapropiadas en las partes ocupadas de los edificios, necesitan medias frecuentes del contenido de humedad durante la construcción así como en el caso de reclamaciones después de que la construcción ha sido terminada. Para nosotros como fabricantes de instrumentos de medida de humedad, esta razón es suficiente para presentar una descripción básica de los diversos métodos e instrumentos de medida capaces de determinar el contenido de humedad en los materiales de construcción.
METODO METODO DE MEDI DA GRAVI GRAVI METRI CO ( Secado Secado por horno) Para realizar una medición usando el método de horno de secado, se toma una muestra de material y se pesa. Después de haberse secado por por un pedido pedido de tiempo tiempo (24 o más hora horas) s) hasta hasta que se cons consiga iga un peso constante, la muestra se pesa de nuevo, la diferencia de peso se usa para calcular el contenido original de humedad de acuerdo a la siguiente fórmula:
(peso húmedo – peso seco ) x 100 % = ---------------------------------------------------------------------------peso seco
José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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Aquí debe señalarse, que solo los resultados de medición de humedad expresados como porcentaje de peso relativo respecto al peso seco, son considerados como científicamente correctos. Este procedimiento de medida que en teoría es muy preciso, en la práctica tiene el inconveniente de una aplicación limitada debido a su carácter destructivo del material a medir. Además durante la toma de muestras, transporte y evaluación de los resultados de medición, pueden aparecer errores cometidos por diferentes variables desconocidas. Cuando las muestras se toman para la preparación de los tests a menudo contienen humedades diferentes en la superficie y en el interior y por tanto no aportan información referente a la distribución de estas humedades. La necesidad inherente de usar muestras correspondientes a zonas diferentes es una dificultad añadida para utilizar el método gravimétrico. La medida esencial del contenido máximo de humedad de las capas más bajas es tan difícil de conseguir en la práctica, debido a los efectos destructivos asociados, que normalmente no se lleva a cabo. En conexión con esto hay que hacer notar que los resultados son más imprecisos cuando el tamaño de la muestra decrece debido a una incidencia mayor del calor sobre la muestra. Incluso mayores imprecisiones en la determinación de la humedad aparecen cuando se usan agujeros obtenidos por martillos percutores, practica muy común en realidad. En este caso las imprecisiones resultantes del calentamiento y secado inmediato del material, ocurridas en el proceso de obtener la muestra, son tan grandes que no hay nada más que decir respecto a la inutilidad de este procedimiento. El transporte y almacenamiento de las muestras obtenidas constituye otro error considerable. Es esencial introducir las muestras inmediatamente en paquetes tales como bolsas herméticas de plástico, y realizar las mediciones lo antes posible. Sin embargo en la práctica las muestras son transportadas en embalajes grandes con un periodo de espera muy grande anterior a las pruebas de medición; esto lleva a unas mediciones de humedad mucho más bajas debido al secado indeseado de la muestra durante el transporte y almacenaje. Otro factor que debe ser considerando en la aplicación de métodos gravimétricos es que durante los secados a alta temperatura, no solo el agua libre contenida en la muestras, sino otros constituyentes del material, tales como grasas minerales, aceites y agua de José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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cristalización son eliminadas de la muestra por evaporación, resultando una medición falsa. Además, deben observarse diferentes temperaturas de secado (por ejemplo, un máximo de 40 º centígrados para materiales que contienen yeso, y 103º centígrados para cementos pulidos. Debido al periodo de secado, otro aspecto significante es el largo periodo de tiempo que transcurre entre la toma de muestras y la obtención de resultados. En resumen las ventajas y desventajas del método gravimétrico pueden establecerse en su buena aplicación en condiciones de laboratorio con mediciones precisas y su poca utilidad en condiciones de campo, con numerosas fuentes de error a veces desconocidas. Por último el método gravimétrico tiene una aplicación limitada debido al inevitable daño producido a los materiales durante el muestreo. Razón por la cual no es usado en obras y si en investigaciones especiales de laboratorio.
METODO DEL CARBURO DE CALCI O ( CM) Para poder realizar el método del carburo de calcio, es también necesario tomar una muestra del material a ser investigado. La muestra debe ser rota en pequeñas piezas de un diámetro de menos de dos milímetros, el material que ha sido preparado de esta forma se pesa y se coloca en una botella de acero juntamente con capsulas de carburo y bolas de acero. La botella se cierra herméticamente y se sacude vigorosamente, de manera que las capsulas de carburo se rompen por medio de las bolas hierro. La consecuente reacción química produce un aumento de presión en el interior de la botella. La presión se determina por medio de un manómetro instalado en la botella. A partir de esta presión, se calcula el contenido de humedad de la muestra introducida. Para una realización adecuada del método del carburo, la muestra debe ser tomada no de la superficie normalmente seca sino de las capas interiores. Otra cuestión a tener en cuenta es que ya que cada medida es de larga duración (aproximadamente 30 a 45 minutos), el operador del método puede tener la tentación de reducir el número de medidas a un mínimo. Para la determinación del contenido de humedad se requieren tablas de evaluación para cada material, que muestran el porcentaje de José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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humedad del método del carburo. Debe destacarse que estos valores de porcentaje no son idénticos al porcentaje por peso, ya que solamente se tiene en cuenta el agua libre. El porcentaje del método de carburo, por tanto, no está considerado como científicamente preciso, ya que no está claramente definido. Otros errores que ocurren a menudo en la práctica, y que pueden conducir a falsas medidas y a disputas técnicas son los inherentes a la selección de las muestras, pesos de los materiales, uso inadecuado de las bolas de acero y la hermeticidad de la botella. El método del carburo es empleado frecuentemente en la práctica. Sin embargo, solo desde el punto de vista de consideraciones teóricas puede deducirse que no se ajusta a medidas precisas como pueden ser las del horno de secado. Estas desventajas y posibles fuentes de error son prácticamente idénticas a las asociadas al método de horno de secado (destrucción indeseada del material, por ejemplo en tabiques y suelos, dificultad de obtener muestras de diferentes capas, errores relacionados con el método de triturado de material, etc.…). Por otra parte, debido al uso frecuente de distintos agregados en los aislamientos, existen capas de materiales anhidros que introducen fuentes de error que desaconsejan estos métodos de medición.
METODO DE LA MEDI DA DE RESI STENCI A ELECTRI CA En la práctica el método más usado para determinar el grado de humedad en los campos de la madera y materiales de construcción es el método de medida de resistencia. Este método está basado en el hecho de que la resistencia eléctrica de la mayor parte de los sólidos está afectada por el contenido de humedad del material. La resistencia eléctrica crece cuando decrece el contenido de humedad y decrece cuando crece el contenido de humedad. Los instrumentos de medida del contenido de humedad que operan por el método de medición de la resistencia, miden la resistencia, valga la redundancia, de un material en particular, indicando esta medición directamente o calculada en porcentaje de humedad respecto al peso. Si el contenido de humedad es bajo, los cambios de resistencia obtenidos con el cambio de contenido de humedad son considerables. Sin embargo, cuando el contenido de humedad es alto (por ejemplo en caso de José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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madera para humedades por encima del 60%) la variación de la resistencia eléctrica con el cambio de humedad, es muy reducida. Por esta razón cuando el contenido de humedad se determina por el método de la resistencia eléctrica, los valores precisos de medida pueden obtenerse cuando el contenido de humedad es bajo. Pero por encima de ciertos límites que varían dependiendo del material y que no pueden ser estrictamente definidos, los valores de medición resultan significativamente menos precisos. Esta variación dependiente del material es debida al hecho por el cual los cambios de resistencia eléctrica obtenidos son afectados no solamente por el contenido de humedad del material, sino que además por factores secundarios tales como temperatura del material, composición química y en menor medida la densidad del material. Para tener en cuenta los efectos de estas variaciones, que dependen del tipo de material de construcción o de la especie de madera, los instrumentos modernos de medición de contenido de humedad que operan de acuerdo a la media de la resistencia, están equipados con compensadores de temperatura y escalas para diferentes tipos de material. Para la mayor parte de los materiales de construcción los fabricantes más avanzados de instrumentos de media, normalmente suministran tablas de conversión que ayudan al usuario a convertir el valor digital de la medición a un porcentaje de humedad (porcentaje por peso) de acuerdo a los tipos de material. Son mucho menos informativos los instrumentos equipados solo con escalas de color, displays de cristal líquido o similares, que no reflejan la amplia variación de conductividad eléctrica de los diferentes materiales de construcción. En comparación con los métodos de horno de secado y carburo de calcio, los métodos de medición de la resistencia ofrecen muchas ventajas que son importantes para aplicaciones prácticas y sin duda son preferidos por una amplia gama de usuarios. Debido a que la destrucción del material a medir es relativamente insignificante, se pueden realizar tantas medidas individuales, como se quiera. El usuario obtiene rápidamente los resultados, con lo cual se pueden comparar medidas inmediatamente dependiendo de las condiciones del local y pueden realizarse mediciones en puntos especialmente críticos. Una ventaja muy importante que a menudo juega un papel decisivo en la práctica, particularmente en el campo de la construcción y en José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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las evaluaciones de procesos de la industria de la madera, es el hecho de que con el uso de apropiados electrodos de medida permite medir la humedad a diferentes profundidades. Esto ayuda a obtener resultados informativos a pie de obra, en relación a los gradientes de humedad entre la superficie del material y sus niveles más profundos. No debe olvidarse que un problema relacionado con el uso de métodos de medición de resistencia es que no se pueden cuantificar los efectos de la composición química y la densidad para cada tipo de material de construcción. No están disponibles tablas precisas de corrección para algunos tipos de materiales de construcción. Sin embargo, en esos casos a través de métodos comparativos del mismo tipo de material, el usuario puede obtener una idea de las relaciones de contenido de humedad, y por supuesto en casos individuales puede contrastar los resultados obtenidos con la ayuda de otros procedimientos de medida. Para materiales con un gran contenido de sal, debido a la gran conductividad de la sal, aparecerá un valor alto de medición que no refleja el verdadero contenido de humedad. En este caso especial, las mediciones deberían compararse con las del método de secado por horno, con análisis de sal.
METODO CAPACI TI VO En los últimos años otro método de medición ha adquirido gran importancia. Permite medidas no destructivas y prácticamente es el ideal desde el punto de vista del procedimiento. Este método es el método capacitivo que está basado en el principio de la medición del campo eléctrico. El campo medido es el formado entre el elemento activo que puede ser esférico por ejemplo, y el sustrato que debe ser evaluado. El cambio en el campo eléctrico debido al material y al contenido de humedad es capturado y mostrado en el instrumento de medida. La medida es una medida relativa (por ejemplo, la diferencia entre el material de construcción seco y húmedo). Sin embargo, con ayuda de una tabla para un proceso normal de secado es posible determinar la humedad absoluta como porcentaje del peso, o determinar la humedad por el método de carburo de calcio. La profundidad de medición depende de la densidad del material. En las condiciones más favorables, por ejemplo en el caso de materiales muy ligeros la profundidad de medición llega hasta los 10 y 12 centímetros. Sin embargo, para materiales tales como el hormigón José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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que tienen un peso específico muy alto, la profundidad de medición es de solo 2 o 3 centímetros. Para mediciones de contenido de humedad en encofrados y cemento, un instrumento de medida ideal es por ejemplo aquel que pueda ser usado tanto para mediciones de la resistencia eléctrica, como para mediciones capacitivas con la ayuda de un electrodo activo. Aunque las mediciones capacitivas presentan mayores desviaciones que en los casos de mediciones de resistencia eléctrica, el método capacitivo ofrece la considerable ventaja de que tales medidas pueden ser realizadas rápidamente y en numerosos puntos de medición para datos orientativos, generando un perfil de contenido de humedad bidimensional para localización rápida de los puntos críticos.
METODO USANDO TABLAS I SOTERMI CAS Un método que está creciendo en importancia y que actualmente se están extendiendo mucho en Gran Bretaña y Países Escandinavos, es el método de medición de la humedad del aire en un taladro y posterior determinación de la humedad estructural por medio de las tablas. Un sensor de humedad del aire muy fino es introducido en cada perforación. Después de un periodo apropiado de adaptación la humedad en el agujero es medida y el contenido de humedad del material se determina usando las tablas del material de construcción.
METODOS SUPLEMENTARI OS Y EVALUACI ON DE LAS APLI CACI ONES Además de la determinación del contenido de humedad de los materiales, se requiere la obtención y evaluación de otros valores suplementarios en el campo de la construcción (por ejemplo temperatura del aire, humedad del aire, y temperatura de la superficie del material). La medición de estos parámetros permite por ejemplo, la determinación de los puentes térmicos (fugas de calor, defectos de aislamiento, y el cálculo de las condiciones del punto de roció en situaciones variadas de humedad y climáticas). Para la determinación de estos valores individuales, se dispone de una amplia gama de instrumentos de medida. Desde el punto de vista, tanto de costes, como técnico, un instrumento de medida “cuatro en José Luis Esarte Goiena Ingeniero Industrial
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uno” es ideal para el uso en todo el campo de la construcción. Dicho instrumento puede determinar el contenido de humedad del material, de acuerdo a ambos métodos de medición (capacitivo y resistivo) y además realizar las mediciones suplementarias descritas más arriba. Un aspecto especial de la preparación de las evaluaciones en la tecnología del campo de la construcción es que en algunos casos el uso individual y aleatorio de las medidas no es suficiente para registrar factores específicos y puede ser necesario realizar mediciones continuas y grabarlas en el tiempo. Además, hay que recordar, que el conocimiento y requisitos de un especialista, difieren del de los operarios involucrados en las operaciones de construcción de un edificio. En particular debe tenerse en cuenta que la evaluación de las condiciones de una instalación o proceso requieren no solo un procedimiento determinado de medida sino de personal experimentado y con conocimiento específico de los instrumentos de medición aplicados en la operación.
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