Avanzando con construcciones de concreto sostenible

Avanzando con construcciones de concreto sostenible

El foco en la sustentabilidad continúa creciendo dentro de la industria de la construcción. Sin embargo, una de las mayores preocupaciones mundiales es la incertidumbre de los recursos naturales.

El libro de Mehta ( investigador referente en el concreto), Concreto: microestructura, propiedades y materiales, sugiere que la sustentabilidad debe enfocarse en el uso de productos y materiales que no agoten los escasos recursos ni dañen el medio ambiente, sino que también sean durables en el tiempo.

Según el Canada Green Building Council (CaGBC), los edificios generan:

  • hasta el 35 % de todas las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI);
  • 35 % de los residuos de vertederos como resultado directo de las actividades de construcción y demolición; y
  •  80 % del consumo de agua dentro y alrededor de los edificios

Estas estadísticas hablan de la importancia de diseñar edificios basados ​​en iniciativas ecológicas para impactar positivamente el medio ambiente. Por lo tanto, el estándar de creación y construcción de estructuras sostenibles es un cargo que los diseñadores deben tener en cuenta dentro de los proyectos de construcción antes de verter una sola gota de concreto o que el primer clavo conecte la cimentación. El objetivo marcado por programas como el Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental (LEED) es construir estructuras basadas en la noción de sostenibilidad.

En verdad, si el objetivo es disuadir el rápido avance del cambio climático en el planeta, la forma más ecológica y segura de garantizar su seguridad es no construir en absoluto; lamentablemente, esto no es del todo factible. El hecho es que se requieren nuevas estructuras para satisfacer a la creciente población mundial. Además, Mehta afirma:

a principios del siglo XX, la población mundial era de 1.500 millones, y solo el 10 % vivía en ciudades. A fines del siglo XX, la población había aumentado a seis mil millones, con más del 50 % de habitantes de la ciudad. Para poner un poco de perspectiva sobre este crecimiento de la población, le tomó a la raza humana 10,000 años después de la última edad de hielo para que la población se elevara a la marca de los 1.500 millones.

Sin embargo, muchas opciones tecnológicas han resultado ser un desperdicio y dañinas para el planeta, creando objetivos a corto plazo en lugar de a largo plazo del colectivo global. Según Mehta, solo el 6% del flujo global total de materiales termina en productos de consumo, mientras que gran parte de los materiales vírgenes se devuelven al medio ambiente en forma de desechos sólidos, líquidos y gaseosos nocivos. Para aclarar aún más esa estadística, esto se refiere a alrededor del 6% de las 500 mil millones de toneladas generadas al año.

Uso de hormigón

Según el Consejo Empresarial Mundial para el Desarrollo Sostenible, el hormigón es el material manufacturado más utilizado en el mundo. De hecho, en todo el mundo se utiliza el doble de hormigón que el total de todos los demás materiales de construcción combinados, incluida la madera, el acero, el plástico y el aluminio.

Según un estudio geológico de los Estados Unidos de 2007, “Minerals Commodity Summary – Cement”, se utilizan casi 3000 kg de concreto por cada hombre, mujer y niño del planeta cada año. Esto significa alrededor de 8,2 kg de concreto se utiliza diariamente por cada habitante de la Tierra, lo que se traduce en 0,34 kg de hormigón por hora. Es asombroso pensar que en el tiempo que lleva leer este artículo, aproximadamente seis minutos, se vierten 238 millones de kg (238 000 toneladas) de concreto en todo el mundo.

La razón por la que el concreto se usa tan fácilmente es porque pocos otros materiales pueden igualarlo en términos de efectividad, precio y desempeño para la mayoría de los propósitos. Además, el hormigón puede ser duradero, se instala fácilmente y puede limitar los efectos ambientales negativos más que otros materiales de construcción importantes. El hormigón también es fácil de conseguir, ya que en su forma más simple se compone de tres ingredientes principales: agua, cemento Portland y agregados. El agua está a nuestro alrededor, se pueden encontrar agregados finos y gruesos en numerosas canteras en todo el mundo, y el cemento también es de fácil accesibilidad.

Según el artículo de Chemistry World de marzo de 2008, “The Concrete Conundrum”, el cemento genera 1,500 millones de toneladas de dióxido de carbono (CO2) por año, lo que representa el 5% de la producción total de CO2 en el mundo. El concreto también utiliza mil millones de toneladas de agua anualmente. Agregue a eso los 9,000 millones de toneladas de agregado que se usan para el concreto, que tiene un efecto de agotamiento en los recursos naturales, y se puede suponer que las propiedades del concreto en sí mismas no van a salvar el medio ambiente.

Hay aspectos negativos atribuidos al uso de todos los materiales de construcción, por supuesto. Por ejemplo, el acero requiere una gran cantidad de energía en la minería y el refinado. Un estudio de la Asociación Nacional de Concreto Premezclado (NRMCA, Canada), comparo las emisiones de CO2 de los edificios con estructura de concreto y fueron comparados por m2 de edificios de alto performance y el de construcción estándar, el primero produjo 550 kg de CO2 por metro cuadrado de superficie de piso y los últimos 620 kg de CO2 por metro cuadrado de superficie de piso.

Definición de sostenibilidad

Al determinar cómo construir de la manera más inteligente posible, primero se debe definir la sostenibilidad. La sostenibilidad se puede definir como la capacidad de perdurar o mantener. De acuerdo con “Nuestro futuro común” de la Comisión Brundtland de las Naciones Unidas (ONU), el desarrollo sostenible satisface las necesidades del presente sin comprometer la capacidad de las generaciones futuras para satisfacer sus propias necesidades.

Según Global Footprint Network, la humanidad utiliza el equivalente a 1,5 planetas para proporcionar los recursos necesarios y la absorción de desechos, lo que significa que ahora la Tierra tarda un año y seis meses para regenerar lo que se consume en un año. Los escenarios de la ONU sugieren que si continúan las tendencias actuales de población y consumo, para 2030 se necesitará el equivalente a dos Tierras para mantener a la población.

Como red global colectiva, la población se encuentra en una encrucijada fundamental y debe elegirse el camino correcto. Afortunadamente, hay iniciativas y “planos” disponibles para alterar un resultado potencialmente desastroso.

Triple resultado final

En un intento de educar al público sobre las variables que deben tenerse en cuenta para que se lleve a cabo una verdadera práctica sostenible, el U.S. Green Building Council (USGBC) ha adoptado el concepto de un “triple resultado” dentro de LEED. Este es un marco que LEED utiliza para reconocer el desarrollo sostenible, refiriéndose a tres aspectos medidos.

Ambiental: Los recursos naturales, la gestión ambiental y la prevención de la contaminación entran en juego directamente en lo que respecta al aire, el agua, la tierra y los desechos.

Económico: habla de beneficios, ahorro de costes, crecimiento económico e investigación y desarrollo.

Social: Se tiene en cuenta el nivel de vida, la educación, la comunidad y la igualdad de oportunidades.

Dentro de la triple línea de fondo se encuentra un área de intersección donde las tres de estas variables se fusionan para crear un estado de equilibrio terrenal. Cuando el medio ambiente, la economía y las áreas sociales se atribuyen por igual a un proyecto determinado, se puede alcanzar la sostenibilidad.

Reciclar, reutilizar, reducir

Los pasos hacia un futuro sostenible también incluyen las tres R: reciclar, reutilizar y reducir. Por ejemplo, cuando las estructuras hechas de concreto se demuelen o renuevan de alguna manera, reciclar el material es mucho más útil para el medio ambiente que enviarlo a vertederos para su eliminación. El concreto se envía a trituradoras primarias y secundarias, el material extraño se elimina y luego se clasifica y lava, y luego se reutiliza como agregado grueso y fino. Este método de reciclaje de concreto ,fácilmente disponible, es una opción más atractiva ya que ahorra espacio en los vertederos, reduce la extracción de grava, es rentable y reduce la contaminación involucrada en el transporte de materiales.

Desafortunadamente, existen algunos inconvenientes asociados con tener hormigón reciclado en una nueva mezcla. El uso de agregados de concreto reciclado puede disminuir la durabilidad del concreto que se usa; al final, esto afecta negativamente la vida útil de la estructura de hormigón. Además, como lo citan Roz-Ud-Din Nassar y Parviz Soroushian, el agregado reciclado absorbe más agua (dos o tres veces más) y causa una mayor contracción. Sin embargo, si la cantidad óptima de agregado reciclado se utiliza donde no se observan efectos negativos del concreto, la sostenibilidad del concreta mejora.

Como se mencionó, la fabricación de cemento provoca la liberación de subproductos de CO2 a la atmósfera. Sin embargo, existen materiales cementantes suplementarios (SCM) que pueden usarse para disminuir la cantidad de cemento necesaria.10 En la misma línea que el uso de agregado reciclado, estos subproductos no pueden reemplazar al primero, pero pueden emplearse para disminuir la cantidad de materiales vírgenes necesarios hasta cierto punto. Por ejemplo, la escoria, que es un subproducto de la producción de hierro en un alto horno, puede reemplazar un porcentaje de la masa de cemento en una mezcla de concreto, reduciendo las emisiones de CO2.11 Sin embargo, al agregar un SCM de cualquier tipo, incluida la escoria, la prueba Debe hacerse para confirmar que la cantidad es ideal para una durabilidad adecuada del concreto.

Diseñar para durar

Si bien no todas las estructuras duraderas son sostenibles, las estructuras sostenibles son duraderas. Por lo tanto, una de las soluciones para preservar los recursos naturales es aumentar la vida útil del hormigón aumentando la durabilidad.

El concreto debe diseñarse para resistir la acción del clima y el ataque químico mientras mantiene sus propiedades de ingeniería deseadas. Cuando se enumeran todos los atributos positivos del hormigón, siempre se lo conoce principalmente como un material duradero; sin embargo, existe una amplia evidencia que demuestra que las estructuras de hormigón no cumplen con su vida útil prevista debido al rápido deterioro.

El hormigón puede deteriorarse en determinadas circunstancias, como:

  • ataque de cloruro / corrosión del refuerzo de acero;
  • ataque de sulfato;
  • reacción de agregado alcalino (AAR); y
  • ciclos de congelación / descongelación.

Sin embargo, la influencia más adversa sobre la durabilidad del hormigón implica el transporte de fluidos a través del hormigón. El agua continúa dañando o destruyendo por completo más edificios y estructuras que la guerra o los desastres naturales. El concreto tiene cualidades resistentes al agua, pero ciertamente corre el riesgo de sufrir daños por agua cuando no se toman las precauciones adecuadas. El problema surge cuando la matriz de hormigón comienza a desarrollar grietas debido a la contracción plástica a una edad temprana o a la contracción por secado a más largo plazo, cambios térmicos o tensiones excesivas debido a la carga. Las grietas en el hormigón generalmente interconectan las vías de flujo y aumentan la permeabilidad del hormigón.

La vida útil y la durabilidad aumentan al limitar las grietas y la penetración de agua / compuestos químicos. A medida que disminuye la permeabilidad del hormigón, aumenta su rendimiento de durabilidad (en términos de degradación fisicoquímica). La permeabilidad controla la entrada de humedad, iones y gases en el hormigón. Por lo tanto, se debe utilizar una barrera impermeabilizante para garantizar un sellado hermético.

Una de las opciones disponibles es una membrana externa aplicada a la superficie. Estas membranas impermeabilizantes de superficies forman una barrera contra la penetración del agua. Después del endurecimiento del hormigón, se instala una membrana impermeable. La membrana se utiliza como un sistema para evitar la entrada de agua en cimientos, techos, paredes y sótanos. La membrana externa está instalada, manteniendo el agua fuera del hormigón y evitando su deterioro.

La mayoría de las membranas aplicadas en la superficie tienen muchos inconvenientes, que incluyen:

  • las membranas externas corren el riesgo de sufrir daños por punción;
  • la aplicación puede requerir mucha mano de obra;
  • toma tiempo y dinero del resto de un proyecto; y
  • es difícil de reparar ya que puede ser inaccesible y difícil localizar el área averiada.

Existen numerosas situaciones en las que una membrana externa fallará, la mayoría debido a errores de diseño, errores de instalación y limitaciones y defectos de los materiales. Además, refiriéndonos tanto a las tres R como a la triple línea de fondo, la membrana externa no encaja perfectamente. Por ejemplo, si el agregado de demoliciones de edificios se va a reciclar, se debe confirmar que el agregado no está mezclado con otros productos que afectarán negativamente al concreto. Si se utiliza una membrana externa, la demolición de hormigón no se puede reciclar porque el material de la membrana está entrelazado. Esto también interrumpe el triple resultado final en el sentido de que nada se puede reciclar, no es socialmente responsable utilizar un producto que se depositará en vertederos y existen consideraciones de costos tanto para el vertedero como para la necesidad de materiales vírgenes.

Esto plantea la pregunta: ¿por qué utilizar más materiales para una barrera de impermeabilización de hormigón cuando, en cambio, el propio hormigón podría utilizarse como barrera?

Impermeabilización cristalina integral

La idea básica detrás de la impermeabilización cristalina integral (ICW) es prevenir el movimiento del agua tapando o bloqueando los poros naturales, capilares y grietas presentes en el concreto. La adición de un aditivo se manifiesta durante la reacción del cemento y el agua, también conocida como hidratación:

hormigón sin tratar: cemento + agua à CSH + CH

hormigón tratado: cemento + agua + aditivo cristalino à CSH + CH + cristal bloqueador de poros

La reacción de hidratación entre el cemento y el agua crea cristales que ayudan a fortalecer el concreto y desarrollan atributos de algún bloqueo de agua, pero no un sello hermético. Durante la vida útil de la estructura, se espera que el concreto sin ningún aditivo desarrolle microgrietas que pueden convertirse en macrogrietas. Estas grietas pueden permitir el paso libre a la humedad, lo que eventualmente reducirá la vida útil de la estructura. Sin embargo, cuando se utiliza tecnología cristalina, la mezcla pasiva en la matriz se activa tan pronto como entra en contacto con la humedad en los poros y las microgrietas del hormigón. Al activarse, esta mezcla inicia la cristalización y desarrolla una microestructura de cristales en forma de aguja en el hormigón.

Beneficios de ICW

La impermeabilización integral es una solución permanente, ya que pasa a formar parte del hormigón por lo que no se desgasta ni se agrieta.

Otros beneficios incluyen:

  • ahorro de tiempo mediante la sustitución de la barrera impermeable externa;
  • menos reparaciones, lo que significa un menor costo total;
  • el hormigón sigue siendo reciclable al final de su vida útil, a diferencia de las membranas aplicadas a la superficie; y
  • eliminación de la necesidad de membranas a base de petróleo, que son perjudiciales para el medio ambiente.

La adición del sistema de protección contra el agua autosellante transforma el hormigón en una poderosa barrera resistente al agua. La tecnología cristalina convierte el hormigón poroso en una barrera impermeable. El resultado es una estructura con capacidades reducidas de agrietamiento, autosellado e impermeabilización que brindan una poderosa defensa contra el daño por agua y la corrosión del acero de refuerzo. Estos atributos hacen que una estructura de hormigón sea más duradera y puede resistir el desgarro y el deterioro durante toda su vida útil. A su vez, a medida que aumenta la durabilidad, se necesitarán menos reparaciones, lo que permitirá tener en cuenta las tres R y el triple resultado.

Conclusión

Cuanto más se pueda alargar la vida útil de un material o producto, más sostenible será ese producto. Cuanto más sostenible sea el producto, mejor será para el medio ambiente. Cuando se instituye este pensamiento para el uso de un material fácilmente disponible, se causa menos daño al medio ambiente.

Alireza Biparva, B.Sc., M.A.Sc., LEED Associate, es gerente de investigación y desarrollo / especialista en concreto en Kryton International Inc.

Consultas: alireza@kryton.com

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