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ARTÍCULO DE INVESTIGACIÓN
Las técnicas de decisión multicriterio en la selección de componentes estructurales,
a partir de la tecnología de la madera, para construcción de viviendas sociales
en Venezuela
Multicriteria decision making techniques in the selection of structural components from wood technology, for construction of social housing in Venezuela
Wilver Contreras-Miranda1, Vicente Cloquell-Ballester2
y Mary Owen de Contreras3
RESUMEN
Las metodologías de diseño requieren aplicar técnicas que permitan, en la fase de generaciónde alternativas, generar métodos que logren seleccionar la mejor de éstas, y con ello, la satisfacciónde las principales necesidades de los distintos requerimientos del proyecto. En el sector forestal, elcaso de la industria mecánica forestal de la madera laminada encolada no escapa a estas exigencias.Haciendo uso de la Metodología del Diseño Ambientalmente Integrado (dAI) y de las Técnicas deDecisión Multicriterio (MCDM), para la etapa mencionada, se llegó a consolidar con éxito el desarrolloproyectual y conceptual de un nuevo componente constructivo con calidad estructural, bajo criteriostécnicos de innovación tecnológica con el uso de materiales alternativos y nuevos procesos de fabri-cación. Primero, se generaron un total de 53 alternativas de elementos estructurales con la técnicacreativa tormenta de ideas. Segundo, se realizó una selección técnica según los factores ambientales,socioeconómicos y tecnológicos, con la cual se llegaron a definir siete alternativas. Haciendo uso delsoftware Expert Choice 2000 para MCDM, se logró seleccionar de las siete, la número 39. Esacumplía con los requerimientos de los factores señalados en cuanto a costo, calidad, resistencia y losprincipios del ecodiseño, tales como: menor consumo de energía, uso de materias primas alternativascomo las gramíneas, reciclaje y reutilización de materias primas, entre otros.
PALABRAS CLAVE:Ecoeficiencia, Ecología Industrial, desarrollo, innovación, materiales alternativos.
ABSTRACT
The design methodologies require applying techniques in the phase of generating options, selectingmethods to achieve the best of them, and thereby meeting the needs of the various requirements of the
1 Universidad de Los Andes, Facultad de Ciencias Forestales y Ambientales, Centro de Estudios Forestales yAmbientales de Posgrado, Laboratorio Nacional de Productos Forestales. Mérida, Venezuela. [email protected]
2 Universidad Politécnica de Valencia (UPV), Departamento de Proyectos de Ingeniería e Innovación,Valencia, España. [email protected]
3 Universidad de Los Andes, Facultad de Arquitectura y Diseño, Escuela de Diseño Industrial, Mérida, Vene-zuela. [email protected]
project. In the forest industry, the case ofengineering glued laminated timber is notimmune to these demands. Using themethodology of Integrated EnvironmentalDesign (IED) and the Muticriteria TechnicalDecision (MCTD) method, referred to thestage, it was possible to achieve thesuccessful consolidation of design andconceptual development of a new construc-tive component of structural quality withtechnical innovation criteria based on theuse of optional materials and new manufac-turing processes. First, a total of 53 alterna-tives to the structural elements were gene-rated with the creative brainstorming tech-nique. Secondly, a selection technique wascarried out according to the environmental,socio-economic and technological change,which came to define alternative 7. Usingthe Expert Choice 2000, it was chosenamong the last 7, option number 39. Thisone met the requirements of the abovefactors in terms of cost, quality, resistanceand Ecodesign principles, such as reducedenergy consumption, use of alternative rawmaterials such as grass, recycling andreuse of raw materials, among others.
KEY WORDS: Eco-efficiency, Industrial Ecology, develop-ment, innovation, alternative materials.
INTRODUCCIÓN
Las Técnicas de Decisión Multicriterio(MCDM) se han ido transformando en herra-mientas importantes en la actualidad,especialmente en la alta gerencia de lasorganizaciones, asesores y consultorestécnicos para empresas privadas y guber-namentales. Su fin ha ido trascendiendoen la medida en que los requerimientosvan siendo cada vez más complejos, yaque su naturaleza permite, con base encriterios diversos, poder establecerpatrones de comparación y, de manerametodológica, científica y tecnológica,llegar a una decisión consensuada para lamejor alternativa. Sus campos de aplica-ción son muy variados, desde la selecciónde la localización de una industria en unterritorio determinado, hasta llegar alcomplejo campo del diseño industrial parala selección de un mejor concepto dediseño (Ramon-Solans y Ferriz, 2006).
En ese contexto, el presente trabajotiene como objetivo principal la aplicaciónde las Técnicas de Decisión Multicriterio(MCDM) como una herramienta metodoló-gica de gran importancia en la tomaconsensuada de decisiones importantespara una organización o proyecto, que eneste caso particular se aplica a la selec-ción de un componente estructural, tipoviga, a partir de la tecnología de maderalaminada encolada; todo ello enmarcadodentro del contexto del Diseño Ambiental-mente Integrado (dAI), que segúnContreras y Cloquell (2006), es análogoal ecodiseño y, en este caso particular, aldiseño industrial de un producto forestalde alto valor agregado como lo es eldiseño de un producto forestal demadera laminada encolada con calidadestructural (PFML), con fines sociales,como la construcción de edificacionesprefabricadas para familias de menoresrecursos.
En la actualidad no se puede negarque uno de los grandes retos de lasociedad moderna es procurar la equidaden la forma de vivir de todos sus ciuda-danos, especialmente los de menoresrecursos económicos, a los cuales se lesdebe procurar vía los gobiernos o admi-nistración central, regional y local, asícomo de las empresas privadas queconforman la industria de la construccióne inmobiliaria de un país, quienes debenaportar soluciones al grave problema deldéficit habitacional. Según Nájera (2009),América Latina es un recinto geopolíticodonde resalta el perfil urbano de susciudades con los contrastes entre lasedificaciones y urbanizaciones opulentasy los barrios o chabolas que circunscribenlas montañas y sitios inhóspitos para vivir.
De ahí que la aplicación de lasTécnicas de Decisión Multicriterio en eldiseño industrial y arquitectónico permiteabrir nuevos horizontes técnicos, máscerteros en el cribado de alternativas
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(Romero, 1993), donde un proyectista (dise-ñador industrial, arquitecto o ingeniero),debido a la falta de herramientas o de laselección de alternativas, y si su decisiónfinal es errónea, puede llegar con ello a incu-rrir posteriormente en la pérdida de recursosfinancieros hacia la empresa contratante(Aragonés et al., 2004).
Asimismo, se puede reflexionar apartir de lo dicho por Barba-Romero yPomerol (1997), acerca de que la difusiónde estas herramientas técnicas, o el usode programas especializados de aplica-ción, los cuales facilitan los procesos deselección, como es el caso del ExpertChoice 2000 u otra versión más actuali-zada, es seguro que propiciarán unmayor intervalo de calidad, seguridad ysatisfacción entre las partes involucradasen la selección de la mejor alternativa pordesarrollar, esto en cualquier ámbito deacción del hombre moderno.
MATERIALES Y METODOLOGÍA
Contexto de trabajo de la investigación
El contexto geopolítico y tecnológico deaplicación de la presente investigaciónfue Venezuela, país que en la actualidadtiene un déficit habitacional estimado en 2millones de viviendas (Fundación Vivien-da Popular, 2009). Siendo las más afec-tadas las familias pertenecientes a losestratos socioeconómicos C, D, E y F,que de acuerdo a lo expuesto por Venam-cham (2007), las clases socioeconómicasen Venezuela tienen ingresos estimadosen dólares a cambio de la monedanacional por 2.150 bolívares (Bs) porcada dólar americano, es decir: clases A-B ingresos (4.693,37 dólares); clase C(1.039,00 dólares); clase D (493,00dólares); clase E (277,80 dólares); claseF menores ingresos a la clase E. Para elaño 2010 esta realidad cambia de formanegativa con la devaluación anunciada
por el gobierno nacional y el cambio de lamoneda a Bolívar fuerte (BsF) de 2.600BsF por cada dólar americano. SegúnCamacho (2007), eso estratifica a lasclases sociales A y B de la sociedad vene-zolana a la categoría alta.
El uso de sistemas constructivos sonvariados con tecnologías que van desdeel tradicional de hormigón o concretoarmado de vigas y columnas; estructurasde acero con mamposterías de bloquesde cemento y arcilla; hasta, quizás el demayor proyección en el último decenio,sistema túnel de concreto armado. Esteúltimo, por su rapidez de fabricación en laedificación de unifamiliares, bifamiliares ymultifamiliares, representa la alternativamás competitiva respecto a los sistemasmás tradicionales y comúnmente em-pleados en Venezuela para la construc-ción de viviendas sociales.
Recientemente el gobierno nacionalha venido proyectando, desde el año2000, el uso masificado de las planta-ciones de pino caribe (Pinus caribaea var.hondurensis (Sénéclauze) Barret y Golfari)de la Orinoquía. Este recurso estimado enmás de 600 mil hectáreas, representa lamasa arbórea más grande del mundoconcentrado de una sola especie forestal(CVG Proforca, 2008). De igual forma,existen grandes propuestas de uso de lasprincipales gramíneas como el bambú(Bambusa vulgaris Schrad. ex J.C.Wendl.), la guadua (Guadua angustifoliaKunth, 1822) y la caña brava (Gyneriumsagittatum (Aubl.) P. Beauv.), en la manu-factura de productos forestales con calidadestructural para edificaciones con finessociales (Cloquell et al., 2004). De ahí queun pequeño grupo del gremio de arqui-tectos, diseñadores industriales e inge-nieros, de manera individual o institucional,a través de centros universitarios de pres-tigio como la Universidad de Los Andes, laUniversidad Central de Venezuela, o laempresa estatal CVG Proforca, por medio
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de la gerencia del proyecto Vivienda conMadera, estén abocando sus esfuerzostécnicos para aportar la mejor solución deprototipos de edificaciones con maderasólida, mezclada con otros productosforestales y materiales tradicionales parala construcción. El plan de CVG Proforca,en convenio a 25 años con la filial petroleraPetróleos de Venezuela (PDVSA), es amediano plazo construir con madera unpromedio de 50 mil viviendas por año(Contreras et al., 2007).
Por consiguiente, se plantea en lapresente investigación, dentro de lavisión del Diseño Ambientalmente Inte-grado (dAI), una nueva proyección en elcontexto de los productos forestales concalidad estructural como son las vigas yviguetas para pisos, entrepisos y techosdel tipo forjado, a partir de una mezclade partículas de caña brava y adhesivofenol formaldehído. La misma vendría amejorar el diseño del producto industrialanteriormente desarrollado por Con-treras et al. (1999), referido a lostableros aglomerados de partículas decaña brava y adhesivo urea formal-dehído (UF) con resinosidades R10% yR13%.
Además, la propuesta alternativaviene a solucionar, entre otros proble-mas, las prestaciones de resistenciasfísicas y mecánicas de los tableros, suproyección de uso y muy especialmente,la disminución de la posible escasez enun futuro cercano de especies autóc-tonas de bosque natural, por las grandespresiones debidas a la protección delmedio ambiente; razón por la cual esvigente la propuesta de utilización de lagramínea caña brava como materiaprima para la fabricación de tablerosaglomerados de partículas y demásproductos forestales para ser usados encerramientos y sistemas estructurales,disminuyendo con ello la presión sobreel bosque natural.
Otra razón importante de la presenteinvestigación es que toda la suma de crite-rios de fabricación de los productos fores-tales de madera laminada encolada, invo-lucra por igual al material lignocelulósico demadera sólida de pino caribe, mezcladacon otros materiales, variedad de especiesde madera y tipos de adhesivo que sirvanpara el mismo fin estructural.
Contexto metodológico
Una vez aplicados los principios metodo-lógicos del Diseño Ambientalmente Inte-grado (dAI) en la iteración de desarrollo dealternativas, con la técnica creativa deBrainstorming o Tormenta de Ideas(Cloquell, 2003; Contreras y Cloquell,2006), se pueden desarrollar un total de53 alternativas. En una primera etapa seseleccionaron 33 expertos, que a criteriode los autores tenían el mayor prestigio einherencia técnica y científica en la temá-tica tratada en el ámbito iberoamericano,dadas sus publicaciones de libros y artí-culos en revistas de alto impacto. Final-mente respondieron 15 expertos a loscuestionarios aplicados, lo que permitióinteractuar e incluir sus respuestas en elprocedimiento metodológico y la conse-cución para alcanzar los objetivos plan-teados en el diseño. Se establecieron lossiguientes pasos teniendo bien claro elproblema a resolver:
1. Claridad en los objetivos del procesode diseño.
2. Se designó a un responsable de regis-trar todas las ideas promulgadas.
3. A fin de que los comentarios de otraspersonas actuaran como estímulos desus propias ideas, en una especie dereacción en cadena, se designó a unresponsable que asegurara cumplir lassiguientes reglas: suspensión dejuicios o críticas improcedentes;
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aceptar todas las ideas y registrarlas;animar a los expertos a construir sobrelas ideas de los demás; animar a quese expresen los expertos con sus ideas“locas” o “fuera de lugar” (Contreras yCloquell, 2006).
Siguiendo la secuencia metodológica deldAI, se llega a la Iteración del cribado deideas. Finalmente los autores del presentetrabajo, con la generación de la matriz derequerimientos de diseño del producto y losanálisis de ciclo de vida según el métodoACV-Coclowen de diagnóstico propuestopor Contreras y Cloquell (2006), proce-dieron a la búsqueda de la mejor alternativade diseño de un elemento estructural parala construcción de vigas y viguetas estruc-turales para viviendas sociales. Final-mente, haciendo el cribado de alternativaspor descarte técnico, pertinencia y nivelesde innovación antes planteados en lamatriz de requerimientos de diseño delproducto y ACV-Coclowen, los autoresllegaron a la selección de siete alternativas(figuras 1 y 2). A éstas se les definieroncada uno de los criterios de valoración apartir del uso de la Técnica de DecisiónMulticriterio (MCDM), método de AnalyticHierarchy Process (AHP) propuesto porSaaty (1977) (1980).
La aplicación del AHP fue por mediodel uso del software Expert Choice 2000,las figuras 3, 4, 5, 6, 7 y 8, exponen deforma detallada los resultados obtenidos.La aplicación del Expert Choice 2000 alproceso de selección de ideas, partió delanálisis consensual sobre cada una delas comparaciones en cada alternativa.
La designación de pesos de impor-tancia o preferencia de alternativas serealizó con la opinión consensual de dosexpertos, donde se obtenía una solarespuesta, la cual era finalmente introdu-cida en el software para el desarrollo delas matrices. Los niveles de inconsis-tencia se encuentran dentro o cercanos a
los límites recomendados por Saaty(1997, 1980), llegándose a obtener lassiguientes inconsistencias:
a) Para los pesos de los criterios deimportancia entre alternativas (0,05).
b) Criterio de influencia del factorambiental (0,12).
c) Criterio de influencia del factorsocioeconómico (0,08).
d) Criterio de influencia del factortecnológico (0,09).
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
El desarrollo metodológico de la investiga-ción permitió obtener resultados finalespara cada una de las consideracionesrecomendadas por García (2004) para laparticipación consensual de los expertos, ydado que la mejor propuesta de diseño dePFML para el contexto geopolítico y tecno-lógico de Venezuela fue la Alternativa 39(Figura 2), seguida por la Alternativa 15 yAlternativa 42 (Tabla 1) (Figura 3).
Se determinó que en la selección dela mejor alternativa de las últimas sieteseleccionadas, existió una uniformidad decriterios de evaluación para cada alterna-tiva, prevaleciendo en el método AHP,según fuere la alternativa, y en orden deimportancia el factor tecnológico (64,4%),socioeconómico (27,1%) y ambiental(8,5%) (figuras 4, 5, 6).
La tabla 1 expone el orden de impor-tancia de la selección de las mejoresalternativas con la proyección de mayor amenor en la valoración de los pesosfinales obtenidos de la aplicación del soft-ware Expert Choice 2000. La figura 1representa las Alternativas 39, 15 y 3, quetienen, en la opinión de los expertos, unmenor nivel de sensibilidad del factor
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Tabla 1. Comparación de los resultados de la selección de alternativas en el proceso de “cribado de ideas”, por el método AHP de Saaty (1997, 1980).
Orden de importancia Selección de Alternativas por el Método AHP, usando el software Expert Choice 2000.
1 Alternativa 39 (0,193)2 Alternativa 15 (0,167)3 Alternativa 42 (0,155)4 Alternativa 6 (0,155)5 Alternativa 31(0,139)6 Alternativa 21 (0,102)7 Alternativa 3 (0,090)
Figura 1. Representación parcial de las alternativas de diseño seleccionadas para unproducto forestal industrial laminado encolado con calidad estructural. Se aprecian seisde los conceptos realizados con su numeración en concordancia con lo expuesto en la
figura 3. Éstas forman parte del total de 53 alternativas generadas en la “Tormenta de ideas”. (Fuente: Elaboración propia)
ambiental. Ha sido mayor la sensibilidad,respecto al factor socioeconómico de lasAlternativas 6, 42, 31 y 21, dado queéstas pueden presentar mayores nivelesde riesgo por impactos negativos en laobtención de sus materias primas,procesos de manufactura y seguridadindustrial de los trabajadores.
Se observa que el programaempleado permite proyectar una visiónclara respecto del uso y diseño de lasrelaciones matriciales, escalas de valora-ción, niveles de complejidad y representa-ción gráfica. Dado que el nivel de conoci-mientos de los expertos es alto en losaspectos científicos y tecnológicos delproblema planteado, el uso del métodoAHP ha permitido que disminuya el conte-nido de subjetividad en la decisión decada valoración de aspectos, respecto alas acciones y atributos de una propuestade diseño, llegándose a obtener resul-tados excelentes y confiables.
La formulación de la metodología delDiseño Ambientalmente Integrado (dAI) y
de la aplicación de las Técnicas de Deci-sión Multicriterio, dan un verdaderosoporte y consistencia técnica al productofinal propuesto, definido como PFML 39,permitiendo tener de forma segura unamayor aproximación a una certera conclu-sión técnica, con sus fortalezas y debili-dades, así como la proyección y su facti-bilidad real de fabricación.
De esta forma, el industrial quepretenda manufacturarlo puede llegar aemprender de forma definitiva el proyectoindustrial de manufacturar el producto consus respectivas previsiones de recursosfinancieros, de infraestructura, de tiempo,etc., o bien si tiene que recurrir a desarro-llar otro proyecto de diseño de productoforestal a partir de las seis alternativasrestantes que fueron generadas en elproceso de la iteración de cribado dealternativas.
Se debe inferir técnicamente la rela-ción entre la trascendencia que debealcanzar el desarrollo del nuevo productoindustrial PFML 39, es decir, un producto
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Figura 2. Representación conceptual de mejores alternativas de diseño propuestas apartir de la aplicación de la técnica AHP de Saaty (1997, 1980) en el software Expert
Choice 2000, según lo expuesto en la figura 3. (Fuente: Elaboración propia)
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ecoinnovador, englobado dentro de lavisión de la Integración Ambiental Totalque procura el establecimiento deldesarrollo sostenible global, no sólo en lasociedad, sino que la industria forestalvenezolana y sus proyectos, procesos yproductos, tengan una relación equili-brada y armoniosa con el entorno.
De ahí la necesidad de retomar latemática ambiental como eje fundamentalpara el desarrollo del dAI. Porque todohace suponer que el desarrollo del proto-tipo del elemento estructural laminado apartir de la mezcla de partículas de cañabrava y adhesivo fenol formaldehído,cuya tecnología puede ser análoga con lade tableros aglomerados de partículas demadera maciza, permite vincularla, porigual, a la ingente necesidad de con-servar de manera sostenible el medioambiente, lo cual es un hecho que actual-mente preocupa a personas de todo elmundo. Por ello, la ciencia y la tecnologíade los productos forestales debe estar unpaso adelante de las propuestas tradicio-nales ofertadas en el mercado.
El movimiento mundial que se havenido consolidando también ha llegadoal sector forestal y todas las industriasque le conforman, tal es el caso de lamadera laminada encolada. De ahí, queen la industria de puertas, como en otras,ya existen claras definiciones de incluir elfactor ambiental a la producción indus-trial. La Norma UNE 56200:2003 EX (2003),expone la visión de futuro, lo que haceganar a los consumidores sensibles aldeterioro ambiental que demandan cadavez más información acerca de la inci-dencia o impacto que sobre el medioambiente causan productos y serviciosque consumen habitualmente, esto con elfin de seleccionar aquellos menos perjudi-ciales para el entorno. Ese es el finprimario de la Ecología Industrial, quecomo ciencia pretende hacer unaanalogía entre los ecosistemas naturales
que se encuentran en equilibrio dinámicorespecto de un sistema de producciónindustrial de un producto (Fiksel, 1997).Además, esta ciencia contempla entresus pilares fundamentales la Ecoefi-ciencia, y ésta a su vez el Ecodiseño, elcual es el sinónimo español del Diseñopara el Medio Ambiente (DfE).
Este contexto se centra en elproyecto, procesos y productos, mientrasque el nuevo paradigma del DiseñoAmbientalmente Integrado (dAI), comouna herramienta de diseño, se contextua-liza desde la concepción de la IntegraciónAmbiental Total (IAT), haciéndolo másholístico e integrador con todos losfactores que interactúan, como son:procesos industriales, economía, socie-dad, política, cultura y medio ambiente,en conjunción con el resto de factoresque se deben considerar para poderalcanzar el ansiado desarrollo sostenibleglobal (Capuz y Gómez, 2002; Gómez-Orea, 2002; Cloquell, 2003).
Por ello, la participación de lasTécnicas de Decisión Multicriterio en eldiseño industrial de multiplicidad denuevos productos forestales industrialesque se vienen desarrollando y manufactu-rando en los últimos años en la industriaforestal mundial, especialmente la de lospaíses desarrollados industrialmente consus novedosos proyectos de I+D, noescapan a este planteamiento filosófico.
El Diseño Ambientalmente Integrado(dAI), haciendo uso de las Técnicas deDecisión Multicriterio, hace resaltar porigual, entre muchas de sus considera-ciones, que estas propuestas debensurgir de proyectos de I+D, donde ha sidopositiva la interrelación entre la industriaforestal y centros de investigación, quehan laborado en conjunto para alcanzarobjetivos tecnológicos y, con esto, el éxitoeconómico y comercial.
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CONCLUSIÓN
Se aplican de manera exitosa las Técnicasde Decisión Multicriterio según el métodoAnalytic Hierarchy Process (AHP) a la meto-dología de Diseño Ambientalmente Inte-grado (dAI), para el desarrollo de unproducto forestal de madera laminadaencolada con calidad estructural identifi-cado como PFML 39, realizado a partir departículas de gramíneas como la cañabrava, el bambú o la guadua, y proyectadopor igual para ser manufacturado con laspartículas de madera maciza de pinocaribe, de las plantaciones forestalesubicadas al sur de los estado Monagas yAnzoátegui de Venezuela.
Las Técnicas de Decisión Multicriterioaplicadas por medio del software ExpertChoice 2000, son una herramienta prác-tica, de mucha objetividad, consensual ycon proyección de una buena certeza en laselección de alternativas de un problemadeterminado, siempre y cuando exista unalto nivel en los conocimientos científicos,técnicos y humanísticos de los expertosconsultados. La presente aplicación esoriginal dentro del sector de la industriaforestal, sobre todo en Venezuela.
AGRADECIMIENTOS
Los autores hacen formal su agradecimiento alos doctores Pablo Aragonés y Mónica GarcíaMelón del Departamento de Proyectos deIngeniería de la Universidad Politécnica deValencia, España, por su apoyo al desarrollotécnico del presente trabajo.
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22 Las técnicas de decisión multicriterio, en la selección de componentes estructuraes
Manuscrito recibido el 23 de junio de 2009Aceptado el 12 de diciembre de 2009
Este documento se debe citar como:Contreras-Miranda, W., V. Cloquell-Ballester y M. Owen-Contreras. 2010. Las técnicas de decisión multicriterio en
la selección de componentes estructurales, a partir de la tecnología de la madera, para construcción deviviendas sociales en Venezuela. Madera y Bosques 16(3):7-22.