Hacia un Concreto Ecológico
Veinte por ciento de la población mundial consume 80 por ciento de las materias primas. No es posible la elevación del nivel de vida de una gran parte de la humanidad si no se extraen más materias primas, algunas de las cuales son cada vez más raras. Por eso, los recursos deben explotarse pensando en el largo plazo; es decir, hay que satisfacer las necesidades actuales sin descuidar las de las generaciones futuras. De una amplia visión de conjunto de la situación del medio ambiente en Suiza,2 se pueden extraer los siguientes datos:
Más de 50 por ciento del consumo de energía y de las emisiones de gas con efecto de invernadero provenientes principalmente de los procesos de combustión, se deben al tránsito y a las necesidades del hogar.
El tránsito por carretera consume alrededor de 70 por ciento de la energía final utilizada para el conjunto del tránsito.
Aproximadamente 50 por ciento de las distancias cubiertas por persona y por día lo son mediante el transporte, sobre todo motorizado, utilizado para actividades del tiempo libre. En 1994 el transporte público cubrió alrededor de 20 por ciento de estas distancias, y al automóvil particular correspondió aproximadamente 65 por ciento.
Es pues necesario reducir al mínimo los daños al medio ambiente debidos al tránsito y a las necesidades del hogar. Con respecto a esto último, es preciso vigilar el impacto de la construcción y el mantenimiento sobre el medio ambiente (ecología).
De acuerdo con la referencia 3, la construcción ecológica comprende varios aspectos:
Elección del lugar, concepción, forma y situación de la construcción, elección de los materiales de construcción en función del medio ambiente y del consumo de energía.
Programa de exigencias funcionales, organización interna, sistemas técnicos de construcción.
Inclusión de la vegetación con el objeto de
a) minimizar las necesidades energéticas y de recursos para la construcción y la utilización de edificios;
b) favorecer la utilización de sistemas naturales y de recursos renovables;
c) evitar la contaminación del medio ambiente;
d) tener el menor número posible de superficies impermeabilizadas;
e) integrar las construcciones de modo que armonicen con el paisaje.
El presente artículo está basado en gran parte, en la documentación SIA D 0146,1 la cual contiene información tanto básica como detallada para evaluar el impacto del concreto sobre el medio ambiente. Esta documentación ha sido escrita por el grupo de trabajo "Impacto del concreto sobre el medio ambiente" de la Comisión para la norma SIA 162 "Obras de concreto". Este grupo de trabajo está compuesto por representantes de la industria, de escuelas superiores y de la OFEFP.
Flujo de los materiales del concreto
Actualmente se producen alrededor de 20 millones de toneladas de concreto al año, para lo que se utilizan las materias primas mencionadas en la tabla 1. Las distancias usuales del transporte del concreto y de sus constituyentes figuran en la tabla 2.
Cementos
El cemento contiene clinker, aditivos minerales y yeso, que sirven para regular su solidificación. Los constituyentes para un 1 kg de clinker –aproximadamente 1.5 kg de calizas y de arcilla molida– se calcinan (parcialmente fundidos) a aproximadamente 1,450 °C durante un lapso de 15 a 20 minutos. Puesto que las cenizas que provienen de los combustibles se integran al clinker, no existen desechos. Las materias primas, así como los combustibles incinerados, deben utilizarse en cantidades que permitan obtener una composición determinada de clinker (figura 1). Para la fabricación de 1 kg de clinker portland se utilizan aproximadamente 120 g de carbón o 3.6 MJ. El costo de los combustibles representaba, en otro tiempo, aproximadamente un tercio del costo de producción. Esta es la razón de que en el curso de los últimos decenios se haya trabajado intensamente para reducir el consumo de energía.
En Suiza, las emisiones de CO2 debidas a la producción de clinker representan apenas 8 por ciento. Por cada tonelada de cemento, se emiten aproximadamente 500 kg de CO2 provenientes de la harina cruda (eliminada por la piedra caliza); aproximadamente 380 kg de CO2 provenientes de los combustibles.
Para la producción de clinker, la industria del cemento reemplaza cada vez más la harina cruda y los combustibles tradicionales por materiales de sustitución apropiados. La razón de esto son las emisiones, el elevado costo de los combustibles y los esfuerzos tendientes a utilizar los recursos de manera cada vez más razonable. En un documento básico de la OFEFP se formulan otras exigencias relativas a la eliminación de desechos en las fábricas de cemento:4
"Los desechos pueden eliminarse en las cementeras, a condición de que este método
respete más el medio ambiente que cualquier otro tipo de eliminación
esté de acuerdo con la planificación cantonal y federal de los desechos
no entre en conflicto con una administración más ecológica de los recursos "
La directiva de la OFEFP respecto a la eliminación de desechos en las cementeras incluye valores indicativos para el contenido de sustancias contaminantes en el clinker o en el cemento portland. Allí se encuentran igualmente exigencias relativas a las concentraciones de metales pesados en los materiales secundarios y en el clinker (tabla 3).
Estas exigencias se sitúan entre los valores indicativos para una zona de excavación no contaminada y para una zona de excavación tolerable (muy poco contaminada). Los combustibles secundarios pueden tanto disminuir muy levemente los contenidos de metales pesados en el cemento como aumentarlos.
La utilización de desechos no reduce necesariamente las emisiones y el consumo de energía en las cementeras. Sin embargo, 51,000 toneladas de combustibles secundarios que representan, en total, un valor calorífico de aproximadamente 3,700 TJ, permitieron en 1998 cubrir 36 por ciento de la energía térmica necesaria para la fabricación de clinker, es decir, que sustituyeron las cantidades correspondientes de combustibles tradicionales tales como petróleo y carbón.
Al mismo tiempo, se ha reducido la importación (transporte) de combustibles, así como la extracción de materias primas.
Transporte del cemento
En Suiza, el cemento se transporta la mitad por ferrocarril y la mitad por carretera; 93 por ciento se transporta en bruto (1998) y el resto en sacos.
La eccema del cemento
Trabajar con cemento húmedo o con concreto fresco sin tomar las debidas precauciones puede provocar irritaciones en la piel.7 Esto se debe al elevado nivel de pH, es decir, al contenido en cromato del orden de 10 ppm (g / t) de los cementos portland.
Agregados
Las reservas de arena y grava de Suiza potencialmente utilizables son del orden de varios miles de millones de toneladas. Estas reservas disminuyen continuamente (figura 2) ya que solamente 1 por ciento de la cantidad extraída cada año para la construcción (50 millones de toneladas), es reemplazado por procesos naturales. Basándose en el consumo actual de arena y grava, se puede estimar que las reservas serán todavía suficientes para al menos 50 años. De todas maneras, existen actualmente en diferentes partes dificultades de aprovisionamiento entre nosotros y en el extranjero.
Sin embargo, no necesariamente deberemos padecer una escasez general de grava en Suiza. Esto, entre otras razones, por las siguientes:
Declinación de la construcción en más de 30 por ciento de 1990 a 1996.
Recuperación anual de 0.3 millones de toneladas de agregados en los camiones de transporte de concreto y en las centrales de concreto.
Agregados de concreto que sirven como materiales de construcción de reciclaje: en la construcción, cada año se produce alrededor de 1 millón de toneladas de concreto de demolición y aproximadamente 1.5 millones de toneladas de materiales de demolición no clasificados, y la tendencia está creciendo fuertemente.
Utilización de materiales triturados provenientes de la perforación de túneles (actualmente menos de 100,000 t / a) y de piedras calizas.
Importación de más de 4 millones de toneladas de arena y grava por año.
Aditivos del concreto
Aproximadamente un tercio del total concretos fabricados en Suiza contiene aditivos (tendencia que tiende a incrementarse). Los aditivos son materiales agregados a los concretos durante el mezclado en cantidades inferiores a 5 por ciento (con respecto a la masa del cemento) y que sirven para modificar las propiedades de estos concretos en los estados fresco y endurecido (prEN 934-2). Ya se ha tratado en detalle la utilización de los principales aditivos en números anteriores del Bulletin du ciment.9 En 1996, se vendieron un total de aproximadamente 15,000 toneladas de aditivos, de los cuales 76 por ciento eran superfluidificadores (HBV) y fluidificadores (BV). Al realizar un estudio, se efectuaron pruebas de lavado con lejía, con agregado de concreto en probetas de diferentes composiciones confeccionadas en el laboratorio, y se examinaron los productos elegidos considerando el carbón orgánico (COT) disuelto. Las cantidades de COT constatadas fueron mínimas (menos de 50 ppm). En condiciones de prueba muy severas, fue posible lavar con lejía un total de aproximadamente 20 a 30 por ciento de los HVB utilizados. En los agregados de concreto, únicamente una pequeña parte de las sustancias lavables provenían de los aditivos utilizados. El resto era responsabilidad de los productos utilizados en la construcción (pinturas, adhesivos, colas, masilla, etc.) y de otros materiales (madera, yeso, asfalto, etc.), así como, en una parte muy pequeña, de los agregados, el cemento y el agua.
De acuerdo con los conocimientos actuales, los HBV casi no amenazan al medio ambiente. Puesto que los aditivos son fácilmente solubles en el agua, no hay que temer su concentración en los suelos, los conductores del agua subterránea y los organismos. La asociación profesional de fabricantes suizos de aditivos de concreto (FSHBZ), en colaboración con especialistas del medio ambiente independientes, ha creado una etiqueta de calidad para los aditivos de concreto y mortero (figura 3). Esta etiqueta se concede a los productos que están clasificados como ecológicos. Se toman en cuenta la producción, el almacenamiento, transporte, utilización, reciclaje, eliminación y empaquetado de un adtiivo.
Aditivos minerales del concreto
Según la norma SIA V 162.051, los aditivos minerales son materiales orgánicos finamente repartidos que pueden agregarse a los concretos para mejorar ciertas propiedades o para conferirles propiedades particulares. Pueden ser de origen natural (por ejemplo, emisiones volcánicas), o producidos industrialmente (por ejemplo, cenizas volantes de centrales térmicas que usan hulla). Los aditivos minerales, por definición, se agregan al concreto en el momento de su fabricacion. Pero las cenizas volantes, arenas de escoria, harinas de calizas y humos de sílice también se muelen directamente con el clinker. De ahí resultan diferentes tipos de cementos (norma SIA 215.002). Lo concerniente a los aspectos técnicos de los agregados se ha tratado en diferentes números de Bulletin du ciment.10 En comparación con otros países en donde se producen aditivos minerales en forma de subproductos de procesos industriales, el consumo de aditivos minerales en Suiza es bajo (aproximadamente 50,000 t / año). Admitiendo que se utilicen alrededor de 30 kg de aditivos minerales por metro cúbico de concreto, se agrega al conjunto de concretos suizos aproximadamente 10 % de cenizas volantes de hulla o de arenas de escoria.
El concreto y el medio ambiente
Las indicaciones relativas a las necesidades energéticas (por ejemplo, para la producción de una tonelada de cemento), se relacionan ya sea con la energía final consumida (litro de petróleo, kilovatio / hora de electricidad, etc.) o bien con la energía primaria, también llamada energía gris. La energía gris comprende los gastos de energía para la producción y el transporte de la energía hasta el consumidor final. Según la manera de considerar el asunto (límite del sistema), la energía primaria puede también comprender las necesidades energéticas para la realización de obras de infraestructura tales como centrales térmicas, refinerías, etc. Un ejemplo: para la producción de una tonelada de CEM 1, las necesidades de energía final son de aproximadamente 3.4 MJ, y el consumo de energía primaria (sin obras de infraestructura), de aproximadamente 4.1 MJ.
Cada metro cúbico construido en los edificios habitacionales comprende alrededor de 500 kg de materiales. Más de dos tercios de los edificios están compuestos de concreto, piedra natural o artificial, así como de ladrillos de barro cocido y tejas (tabla 4).
En los grandes conjuntos modernos, la energía gris relacionada con los materiales se estima entre 60 y 110 MJ por metro cuadrado al año, por superficie de referencia energética.
La energía relacionada con los materiales es la energía necesaria para la fabricación de los materiales de construcción para el recubrimiento de los edificios. No comprende el transporte de los materiales del fabricante al lugar de la obra, ni las necesidades energéticas para la excavación y otros trabajos en la obra.
Durante la utilización de un edificio, los ocupantes consumen para su funcionamiento y para la utilización de medios de transporte un múltiplo de la energía relacionada con los materiales. No por esto es menos necesario continuar mejorando el costo energético de fabricación de los materiales de construcción.
En estas consideraciones sobre las necesidades energéticas, no se ha tomado en cuenta más que un solo aspecto ecológico. Tres escenarios diferentes para la evolución del consumo de energía y del volumen construido de edificios habitacionales, indican lo siguiente:12
Construcción, conservación y renovación como hasta el presente; los nuevos edificios se construyen de acuerdo con el estándar actual.
Conservación de los volúmenes construidos existentes, es decir, estrategia para minimizar el consumo de materiales (arena, grava); el volumen de las nuevas construcciones corresponde al de las demoliciones.
Transformación para minimizar el consumo de energía; en 50 años, el conjunto de las construcciones actuales será reemplazado por construcciones que requieran un mínimo de consumo de energía.
Los resultados de estos tres escenarios se presentan en la figura 4. Con el primer escenario (“como hasta el presente”), la actualización de datos revela el volumen más elevado de construcción y de consumo de energía. La decisión por cualquiera de los escenarios debe tomarse en un nivel superior, en el marco de una orientación de la opinión política.
Contenido de metales pesados
Los cementos, los agregados y los aditivos minerales son los que determinan en mayor medida el contenido de metales pesados de un concreto; el agua de mezclado y los aditivos sólo contribuyen muy levemente.
El reemplazo parcial del cemento por aditivos minerales tales como cenizas volantes de hulla o arena de escoria conlleva –según la composición de éstos– contenidos mayores o menores de metales pesados en los concretos.
Los agregados provenientes de rocas de los Alpes –extraídas, por ejemplo, durante la perforación de un túnel–, pueden presentar contenidos de metales pesados más elevados que los agregados provenientes de la meseta. Lo mismo puede decirse de los agregados de concreto en los concretos reciclados. La utilización como agregados de agregados de concreto o de materiales extraídos durante la perforación de túneles no debe cuestionarse sistemáticamente ya que, en contrapartida, se necesitan menos descargas y los yacimientos de grava y arena pueden cumplir otras funciones (por ejemplo, reserva de agua potable).
Peligro de los metales pesados
No es el contenido total de metales pesados lo determinante para la contaminación del medio ambiente, sino solamente la parte de estos metales que pueden extraerse mediante lavado con lejía.
Los concretos frescos no pueden lavarse más que si entran en contacto con el agua durante el breve lapso de su endurecimiento. Aún no se cuenta con estudios sobre este tema, pero es necesario admitir que el riesgo es grande. En el momento de efectuarse las pruebas de laboratorio sobre el lavado de metales pesados contenidos en los concretos endurecidos, ha sido necesario aumentar artificialmente el contenido de cada uno de los metales pesados para poder realizar mediciones confiables. Aun así, se satisfacían las exigencias de la disposición sobre protección de aguas relativas a las aguas superficiales.
En el momento de las pruebas de lavado de metales pesados, los concretos con o sin aditivos minerales proporcionan, en general, los mismos resultados. Esto no tiene nada de extraño, ya que los metales pesados se fijan muy bien, tanto en los aditivos minerales como en la pasta de cemento endurecido y los agregados.
Reciclaje del concreto
Ochenta por ciento de aproximadamente 1.5 millones de toneladas de desechos de cantera tratados en 1996 en los patios de maniobras ha podido ser reciclado. En los desechos de cantera, aumenta el porcentaje de concreto que se transforma en agregado de concreto. Es de preverse que en el futuro, aproximadamente 2.5 por ciento de las construcciones se destruya cada año, lo que representará algo así como 1 millón de metros cúbicos de desechos de concreto.
Las exigencias técnicas y ecológicas relativas al concreto de reciclaje figuran en la recomendación SIA 162/4, en la norma SN 640743 a de la VSS, y en la directiva para la valorización de los desechos de cantera minerales publicada por la OFEFP. Los agregados de concreto se utilizan tanto no aglomerados (reemplazo de arena y grava) como aglomerados (concreto). Sus principales usos son, actualmente:
- reemplazo de arenas y gravas en su forma no aglomerada.
- concreto pobre
- sustitución de los agregados naturales para los concretos de construcción.
Los aditivos y los aditivos minerales eventualmente contenidos en los agregados de concreto no entorpecen; lo que perjudica son las impurezas (entre otras el caucho, la hulla) provenientes del uso o de la mezcla con otros materiales en el momento de la obra (construcciones mixtas) o de la demolición. Se pueden utilizar aditivos y aditivos minerales sin problema en el concreto de reciclaje.
Evaluaciones ecológicas
En la figura 5 se presentan las fases ecológicamente importantes, los márgenes de decisión, así como la evolución de los costos en el ciclo de vida de una obra. En el plano ecológico, los trabajos más importantes son principalmente los que se efectúan antes y durante el estudio y el establecimiento del proyecto (por ejemplo, la decisión de construir o de transformar, de una construcción metálica o en concreto armado, así como la definición de la utilización y las necesidades). Durante los trabajos de construcción no pueden realizarse mejoramientos importantes. De la figura 5 también se desprende que la elección del material tiene gran influencia en los costos de construcción o de eliminación.
Evaluación del impacto sobre el medio ambiente
Para las consideraciones generales relacionadas con el impacto sobre el medio ambiente, es esencial efectuar una evaluación exhaustiva de los aspectos ecológicos y técnicos importantes. Para los elementos de construcción con concreto son importantes, entre otros, la fabricación y composición de las materias brutas y del concreto, la fase de utilización y de mantenimiento, así como la demolición. Durante todas las fases, se producen cantidades diversas de ruido, agua de desecho, gases de combustión y se consumen energía y materias primas. Los impactos difieren mucho y no hay manera de compararlos directamente. Una manera, por ejemplo, sería constituir lo que se llama categorías de impactos.
Categorías de impactos
Se pueden agrupar en categorías de impactos (tabla 5) los efectos de diversas sustancias que se sabe que son importantes. Por ejemplo, gas carbónico, metano, gas hilarante e hidrocarburos clorados se agregan como equivalentes de gas carbónico en lo que concierne al potencial del efecto de invernadero. También se agrupan en categorías de impacto los perjuicios ocasionados a la salud del hombre (toxicidad para el hombre), así como a las plantas y animales (ecotoxicidad), por las aguas usadas, los gases de escape, etc. Existen además criterios complementarios que deben también incluirse en la evaluación ecológica.
Las categorías de impacto son el primer paso hacia una consideración ecológica global, ya que se limitan a lo que es necesario y posible en función de los conocimientos actuales; continuamente se toman en consideración los nuevos descubrimientos.
El método de categorías de impacto ha resultado eficaz para los materiales de construcción. Ha sido utilizado, por ejemplo, para tubos de canalizaciones, postes de líneas eléctricas aéreas y durmientes de vías de ferrocarril. Hasta ahora no ha habido estudios sobre las edificaciones habitacionales.
Estos estudios son costosos, y tratar de simplificarlos descuidando ciertos parámetros puede llevar a conclusiones erróneas.
Ejemplo de postes de líneas eléctricas aéreas
Un estudio hecho en l99517 es un buen ejemplo de una evaluación ecológica general o de una comparación ecológica. Se examinó y evaluó una línea ordinaria de 0.4 kV de 1,000 m de longitud, y 35 m entre postes, incluyendo el sitio. Se trató de postes de madera, de acero y de concreto armado. Los impactos sobre el medio ambiente se agruparon en categorías de impacto (tabla 5), desde la fabricación hasta la eliminación (figura 6). En forma complementaria, se definió, por medio de un análisis de sensibildad, lo que influía de manera determinante sobre las informaciones obtenidas y si las bases de datos eran lo suficientemente precisas.
La construcción en madera resultó, desde el punto de vista ecológico, ligeramente más ventajosa que la de concreto armado, la que, a su vez, era netamente más ventajosa que la construcción de acero. Para los postes de líneas eléctricas aéreas, en condiciones diversas, deben ponderarse las diferentes categorías de impacto de manera distinta. En los sitios ya sometidos a una carga ecotóxica relativamente elevada, por ejemplo, la construcción en concreto armado podría ser ecológicamente más ventajosa que la de madera, que es la que plantea más problemas en cuanto a la ecotoxicidad.
Posibilidades de obtener información
Las fichas técnicas y las fichas de datos de seguridad contienen información esencial concerniente a los riesgos para el medio ambiente. Se incluye la responsabilidad del fabricante del producto. En la ficha para la declaración SIA, las materias utilizadas en los materiales y elementos de construcción se registran cuantitativamente. Algunas raras indicaciones complementarias dan una leve idea del impacto sobre el medio ambiente. Los proveedores o los fabricantes determinan la calidad de las declaraciones, porque son ellos los que dan las indicaciones.
Además de estas fichas, existen otros numerosos documentos en los que, a veces por razones de "practicabilidad," se ha procedido a simplificaciones inadmisibles. En el dominio de la construcción, se han publicado numerosas fichas cantonales y comunales sobre la construcción ecológica. Tales fichas contienen datos valiosos, aun cuando las evaluaciones ecológicas pueden variar de un cantón a otro. Los materiales que son rechazados en un cantón pueden muy bien ser aconsejados en otro.
En consideración a este estado de cosas complejo, se han creado los "eco-forum" y, en la primavera de 1998, la "plataforma común para una construcción durable." Aquí es donde pueden y deben someterse los nuevos documentos que vayan a emitirse e incluyan datos ecológicos. Se quiere así, por una parte, evitar desde un principio repeticiones inútiles y contradicciones, y por la otra, permitir encontrar información sobre el contenido de los documentos existentes.
Perspectivas
La reducción de la contaminación causada al medio ambiente en general, y del consumo de energía en particular, es una tarea prioritaria que hay que enfocar desde diferentes ángulos. Por ejemplo:
Deben establecerse ciclos de materiales y debe alentarse la utilización de materiales de construcción reciclables. Por otro lado, hace falta lograr una mayor aceptación de los materiales secundarios tales como el agregado de concreto. Los materiales secundarios no deberán someterse a exigencias más severas que los materiales primarios.
Cuando se proyecta una nueva construcción, es necesario primero estudiar las posibilidades de reciclaje del volumen construido existente, de modo que, al construir, se utilicen menos materiales tomados de la naturaleza.
Debe reducirse el consumo de energía por el volumen construido existente.
Debe concederse gran importancia a la durabilidad.
Los sistemas de administración ambiental en las empresas de producción ofrecen ventajas ecológicas y económicas. Los flujos de materiales y de energía pueden mejorarse.
Variante en concreto para el nuevo puente sobre el Aar
Para reemplazar el puente metálico de enrejado que cruza el río Aar entre Vogelsang y Lauffohr, el departamento de obras públicas del cantón de Argovie ordenó proyectar variantes de puentes en madera, acero y concreto. Un jurado examinó los anteproyectos del puente desde el punto de vista técnico, económico y ecológico. Para la evaluación ecológica se recurrió a expertos independientes. También fue objeto de evaluación la integración del puente al paisaje. La mejor solución resultó ser el puente de concreto armado. Así pues, el consejo ejecutivo dio la orden de proyectar la construcción de un puente de concreto armado.
Bibliografía
El presente artículo está basado en gran medida en la documentación SIA D 0146.1 Las llamadas que allí se encuentran no se mencionan más que si remiten a las fuentes en la foma de figuras o tablas.
1. “Umweltaspekte von Beton / Informationen zur Umweltverträglichkeit”, documentation SIA D 0146 (1998).
2. “L’environnement en Suisse 1997 / Chiffres, faits, perspectives”, publicado por l’Office Fédéral de la Statistique y l’Office Fédéral de l’Envoronnement, des Fôrets et du Paysage (1997).
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9. “Les adjuvants”, publicación aparte del Bulletin du Ciment (1995).
10. “Les adjuvants”, publicación aparte del Bulletin du Ciment (1995).
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18. Schweizer Baublatt 1999 [ 55 ] , 3.
Como eco de la creciente preocupación por el impacto de los materiales y elementos de construcción sobre el medio ambiente, en la construcción con concreto se han desarrollado procedimientos ecológicos para reducir el riesgo al mínimo. El artículo que aquí presentamos aporta valiosa información sobre el tema así como interesantes datos de la operación de esta industria en Suiza.
Instituto Mexicano
del Cemento y del Concreto, A.C.
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Febrero 2000
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