La reduccin del impacto ambiental del hormign El hormign puede ser durable y ambientalmente amistoso (Traduccin y adaptacin del artculo del Prof P. Kumar Mehta, en Concrete International, octubre de 2001) Antes de tratar el impacto ambiental del hormign, es til tener una comprensin general de cmo los problemas ambientales se relacionan con las elecciones tecnolgicas. Se supone que el dao ambiental (D) es una funcin de tres factores interrelacionados que se expresan matemticamente mediante: D = f(P x I x W) siendo P, la poblacin; I, un ndice del crecimiento industrial y urbano, y W un indicador del grado al cual una cultura promueve el consumo con residuos de los recursos naturales. Las emisiones de CO2 de una proyeccin exponencial y no sostenible durante el siglo 21 se basaron en la estimacin del incremento de la poblacin de 6 a 9 billones, el crecimiento correspondiente en el desarrollo industrial y la urbanizacin que resultara en tres cuartos de los habitantes de la tierra viviendo en comunidades urbanas, y suponiendo poco o ningn cambio en el patrn de consumo con residuos de recursos naturales hoy en da. Como (W) tiene un efecto multiplicador sobre el dao ambiental, se puede manejar el grado de dao controlando este factor. Para hacerlo, se deben examinar los modelos econmicos corrientes y las elecciones tecnolgicas que promueven el consumo con residuos de los materiales naturales y productos manufacturados. Hawken y sus colaboradores comentan que solamente el 6% del flujo global de materiales, algo as como 500 billones de toneladas al ao, realmente finalizan en los productos deseados mientras que la mayor parte de los materiales vrgenes se devuelve al medio ambiente en la forma de residuos slidos, lquidos, y gaseosos perjudiciales. Obviamente, un serio retroceso de la tecnologa y el modelo econmico moderno es que los mtodos usados para el desarrollo industrial durante los pasados 200 aos no tuvo en cuenta un punto de vista del largo plazo u holstico del impacto de sub productos no deseados provenientes de la industria. Entonces, mientras debera haber sido aparente a partir

del sentido comn, estamos aprendiendo ahora de la dura experiencia que, en un mundo finito el modelo de crecimiento ilimitado, el uso irrestricto de recursos naturales, y la contaminacin incontrolada del medio ambiente es finalmente una receta para la autodestruccin planetaria. Los autores predicen una nueva revolucin industrial basada en una mentalidad muy diferente que la del capitalismo convencional. Una suposicin del nuevo capitalismo que denominan capitalismo natural, es que el medio ambiente no es un factor menor de la produccin sino ms bien un recipiente que contiene, aprovisiona, y sostiene a la economa en su conjunto. Los aumentos radicales en la productividad de los recursos o la eficiencia de los materiales seran las caractersticas claves del capitalismo natural al redisear el comercio para lograr una economa sustentable. Durante los ltimos dos siglos desde la Revolucin Industrial, el nfasis se puso sobre la productividad del trabajo porque el stock global de materiales naturales era abundante y el medio ambiente era saludable. Ahora que la poblacin es abundante y los recursos renovables as como el medio ambiente necesitan una curacin, los incrementos radicales en la productividad de los recursos tendrn que transformarse en la piedra fundamental del negocio exitoso. El uso de materiales en forma ms eficiente trae aparejado tres beneficios significativos: 1) desacelera la disminucin de los recursos en la entrada de la cadena; 2) disminuye la contaminacin en la salida y 3) provee una base segura para el incremento del empleo en el mundo. Hawken y los co autores basan el movimiento hacia la productividad en el Club Factor Diez. Este club consiste de un grupo de cientficos, economistas, y hombres de negocios quienes en 1994, llamaron por un incremento en la productividad de los recursos para revertir el impacto ecolgico y social del uso de la energa y los materiales con residuos. La declaracin del Club Factor Diez comenz con estas palabras: Dentro de una generacin, las naciones pueden lograr un incremento de un dcimo en la eficiencia con lo cual ellos usan energa, recursos naturales y otros materiales . En los aos siguientes, el Factor Diez (una reduccin del 90% en intensidad de energa y materiales) y el Factor Cuatro (una reduccin del 75%) han entrado en el vocabulario de los planificadores de gobierno, acadmicos, y gente de negocios en todo el mundo. Esta aproximacin ha sido confirmada por la Unin Europea como el nuevo paradigma para el Desarrollo Sustentable. Se sugiere que la minimizacin del uso de materiales, la maximizacin de la durabilidad del producto, y la reduccin del costo de mantenimiento incrementar no solamente la satisfaccin del usuario y el valor del producto, sino tambin el beneficio de la empresa de negocios. Cuando ambos, productores y consumidores hayan adquirido un inters en

mejorar la productividad del recurso, se protegern los ecosistemas del mundo. Impacto ambiental del hormign La produccin mundial anual de cemento de 1,6 billones de toneladas ocasiona aproximadamente el 7% de la carga total de dixido de carbono en la atmsfera. El cemento portland, el principal cemento hidrulico en uso en la actualidad, no es solamente uno de los materiales ms energo intensivos de la construccin sino tambin es responsable de una gran cantidad de gases de efecto invernadero. La produccin de 1 tonelada de cemento portland requiere aproximadamente 4 GJ de energa, y su fabricacin libera aproximadamente 1 tonelada de dixido de carbono a la atmsfera. Las grandes cantidades de extraccin de materias primas tales como caliza y arcilla, y el combustible como el carbn, a menudo resultan en una deforestacin extensiva y prdida de suelo superficial. El hormign comn contiene aproximadamente un 12% de cemento y 80% de agregados en masa. Esto significa que globalmente, para hacer el hormign, se estn consumiendo arena, grava, y roca triturada a una velocidad de 10 a 11 billones de toneladas por ao. Las operaciones de extraccin, procesado, y transporte que involucran tales cantidades de agregados consumen a su vez, cantidades considerables de energa, y afectan adversamente la ecologa en las reas forestadas y lechos de los ros. La industria del hormign tambin emplea grandes cantidades de agua: el requerimiento de agua de mezclado solamente es de aproximadamente 1 trilln de litros, cada ao. No hay estimaciones confiables, pero grandes cantidades de agua se usan como agua de lavado en la industria del hormign elaborado y para el curado del hormign. Adems de los tres componentes primarios, esto es, cemento, agregados, y agua, se incorporan numerosos aditivos qumicos y minerales a las mezclas de hormign. Ellos tambin representan enormes entradas de energa y materiales en el producto final. Qu se puede decir del pastn, el mezclado, el transporte, la colocacin, la consolidacin, y la terminacin del hormign? Todas estas operaciones son energo intensivas. Los combustibles fsiles son el recurso primario de energa, y el pblico est debatiendo seriamente los costos ambientales asociados con el empleo de combustibles fsiles.

Finalmente, la falta de materiales durables tambin tiene serias consecuencias ambientales. El incremento de la vida en servicio de los productos es una solucin a largo plazo y de fcil solucin para preservar los recursos naturales de la tierra. Las estructuras de hormign estn generalmente diseadas para una vida en servicio de 50 aos, pero la experiencia muestra que en ambientes costeros y urbanos muchas estructuras comienzan a deteriorarse en 20 a 30 aos o an menos tiempo. En Abril de 1999 la edicin del ASCE News, de la American Society of Civil Engineers dio a la infraestructura de la nacin un grado promedio de D y estim que se necesitaran u$ 1,3 trillones para resolver los problemas. El costo para reparar o reemplazar varios miles de apoyos de puentes de hormign solamente sera de u$ 80 billones, mientras que los fondos federales anuales presentes con este propsito son aproximadamente u$ 5 a u$ 6 billones. Considerando las restricciones de fondos, se ha sugerido que en el futuro las estructuras sean diseadas y construidas para una vida en servicio de como mnimo 100 a 120 aos, y los puentes principales en medio urbanos deberan tener por lo menos 150 aos de vida til. La tendencia hacia la infraestructura de diseo basada en el costo del ciclo de vida no solamente maximizar el retorno del capital disponible sino tambin el de los recursos naturales disponibles. La necesidad para reducir el impacto ambiental del hormign se reconoce en un reciente informe del Consejo de Desarrollo Estratgico. Como una versin abreviada del informe, Visin 2030: Una Visin para la Industria del Hormign Americana se public en Concrete International, de Marzo de 2001. De acuerdo con este informe, los tecnlogos del hormign se enfrentan con el desafo de conducir el desarrollo futuro en una forma que proteja la calidad del medio ambiente mientras que proyectan al hormign como un material de construccin elegible. El compromiso pblico ser responsablemente dirigido considerando el cambio climtico resultante de la concentracin en aumento de los gases de calentamiento global. Sugerencias para reducir el impacto ambiental El impacto ambiental de la industria del hormign se puede reducir a travs de la productividad de los recursos conservando materiales y energa para la fabricacin del hormign y mejorando la durabilidad de sus productos. La tarea es casi un desafo pero se pude lograr si se la persigue diligentemente.

Para examinar cmo la industria del hormign tendr que reestructurarse cuando el paradigma de los negocios desplace su nfasis de una cultura de aceleracin a una cultura de productividad de los recursos, se dividen los impactos ambientales de la prctica moderna de la construccin de hormign en varias categoras que se tratan separadamente. Conservacin del cemento La conservacin del cemento es la primera etapa para reducir el consumo de energa y las emisiones de gases de efecto invernadero. La consideracin de la productividad de los recursos requerir minimizar el uso del cemento portland puro mientras se cumplen las demandas futuras de mayor cantidad de hormign. Esto puede constituir una prioridad tope para la industria del hormign viable. Excepto para los cementos portland mezcla que contienen adiciones minerales, ningn otro cemento hidrulico parece satisfacer el fraguado, el endurecimiento, y las caractersticas de la durabilidad de los productos basados en cemento. Aunque hay un crecimiento estacionario en el uso de los cementos portland mezcla que contienen sub productos cementicios o puzolnicos, tales como escoria granulada de alto horno y cenizas volantes, vastas cantidades de estos sub productos an finalizarn ya sea en aplicaciones de bajo valor tales como rellenos sanitarios y subbases de carreteras, o sern simplemente dispuestos. La velocidad de consumo mundial de cemento se espera que alcance alrededor de 2 billones de toneladas para el ao 2010, y hay suministros adecuados de subproductos puzolnicos y cementicios que se pueden emplear como sustitutos del cemento, eliminando as la necesidad de una mayor produccin de clinker de cemento portland. En forma interesante, como se ve ms adelante, las mezclas de cemento portland que contienen 50% o ms de escoria granulada de cemento o cenizas volantes pueden rendir productos de hormign ms durables que los cementos portland puros, y esto contribuira tambin a la conservacin del recurso natural. Las menores velocidades de fraguado y endurecimiento del hormign que contiene un alto volumen de un aditivo mineral se pueden compensar por, en cierta forma, la reduccin de la relacin agua - materiales cementicios con la ayuda de un superplastificante. Sin embargo, para aplicaciones ms estructurales, de alguna manera los

programas de construccin ms lentos deben ser aceptables cuando la maximizacin del recurso y no la productividad laboral se convierte en el objetivo ms importante de la industria. Conservacin de los agregados En Norte Amrica, Europa, y Japn, alrededor de las dos terceras partes de los residuos de la construccin y demolicin consisten de polvo de hormign antiguo o albailera. Esto presenta una gran oportunidad para la industria del hormign de mejorar la productividad de recursos usando agregado grueso obtenido de los residuos de la construccin y demolicin. En muchas partes del mundo, se pueden procesar arenas limpias y residuos de minera para usar como agregado fino. Reciclando estos residuos a pesar de que algo del costo de procesamiento se est volviendo econmico, particularmente en pases donde la tierra es escasa y los costos de disposicin de residuos son muy altos: Adems los depsitos vrgenes de agregados han sido ya deprimidos en muchas reas, y los agregados transportados a grandes distancias pueden ser mucho ms costosos que el uso de recursos libre o de bajo costo del agregado local reciclado. El hormign reciclado, en algunos casos, se est usando como relleno de carreteras, pero est en un ciclo negativo en el sentido que el agregado virgen contina siendo usado para hacer nuevo hormign. Se ha estimado que la generacin anual mundial de polvo de hormign y de albailera es de aproximadamente 1 billn de toneladas. En este momento, se estn usando solamente pequeas cantidades de agregados obtenidas de hormign reciclado y de albailera. Debido a consideraciones ambientales y al alto costo de la disposicin de los residuos, sin embargo, la mayor parte de los pases en Europa han establecido objetivos de corto plazo que apuntan a reciclar entre el 50 y el 90% de los residuos de la construccin y la demolicin disponibles. El agregado reciclado, particularmente el de albailera, tiene una porosidad ms alta que el natural. Por eso, con una trabajabilidad dada, el requerimiento de agua para hacer hormign fresco tiende a ser alto y las propiedades mecnicas del hormign endurecido se ven afectadas adversamente. El problema se puede resolver usando mezclas de agregado natural y reciclado o usando aditivos reductores de agua y cenizas volantes en el hormign. Conservacin del agua

Por ahora, el agua est disponible en forma abundante en casi todos lados, y se est usando libremente para todos los fines de la industria del hormign. De hecho, los cdigos de prctica de la construccin recomiendan rutinariamente el uso de agua potable para el mezclado y el curado del hormign. Pero ahora, la situacin ha cambiado. Se ha informado que el agua se est volviendo cada vez ms escasa cada da. Aunque hay una determinada cantidad de agua sobre la tierra, menos del 3% es limpia y casi la mayor parte de sa es se encuentra en los glaciares de rpida fusin y en capas de hielo, o est demasiado profunda en la tierra para recuperarla. En informes de prensa recientes, el gobierno de la India expres una profunda preocupacin sobre el futuro recorte del agua en el pas porque, debido al calentamiento global, los glaciares del Himalaya, que son el recurso principal de agua de los ros de la India, se han reducido en 30 m durante los ltimos dos aos solamente. Debido a las necesidades crecientes de la agricultura, urbana e industrial, los niveles de agua en cada continente estn cayendo. La contaminacin creciente del agua de los ros, lagos y corrientes compone el problema. Se ha sugerido que con el agua, como con la energa, la nica solucin prctica a gran escala es usar los recursos que tenemos en la forma ms eficiente. Lamentablemente se comete el mismo error con el agua como con la energa. Se consumen los recursos de agua no renovables rpidamente y se busca ms agua todava. Como uno de los ms grandes consumidores de agua, es imperativo para la industria del hormign usarla ms eficientemente. Adems a los 100 l/m3 aproximadamente se usa como agua de lavado por los camiones hormigoneros, se usa demasiada agua para el mezclado del hormign. El requerimiento global de agua de mezclado anual es 1 trilln de litros que se puede reducir a la mitad mediante una buena granulometra de los agregados y expandiendo fundamentalmente el uso de aditivos y superplastificantes. Porqu la industria usa agua municipal de bebida para el mezclado del hormign? La mayora de las aguas industriales recicladas o an las naturales ligeramente saladas son adecuadas para hacer hormign, siempre que se las pruebe mediante ensayos. Esto es an ms cierto para el agua de lavado y el agua de curado. Se informan reducciones significativas en agua de lavado cuando el hormign fresco, devuelto es retardado y reusado. Igualmente, se pueden lograr grandes ahorros de agua de curado mediante la

aplicacin de compuestos textiles que tienen una tela absorbente de agua en el interior y una membrana impermeable en el exterior. Durabilidad del hormign

Adems de las etapas sealadas, el mejoramiento de la durabilidad del hormign presenta una solucin de alto nivel y una ventaja mayor al mejorar la productividad del recurso de la industria del hormign. Por ejemplo, la productividad del recurso de la industria del hormign saltar por un factor de 10 si se construyen ms estructuras de elementos de hormign que duren 500 aos en lugar de 50. Porqu las modernas estructuras de hormign armado a veces comienzan a deteriorarse en 20 aos o menos, mientras que hay edificios y murallones hechos de hormign romano sin armadura que continan estando en buena condicin despus de casi 2000 aos? Principalmente debido a que las mezclas actuales del hormign de cemento portland son altamente propensas a la fisuracin y por eso se vuelven permeables durante el servicio. La armadura de acero empotrada en el hormign permeable se corroe fcilmente, provocando del deterioro progresivo de la estructura. Hoy, la prctica de la construccin, orientada por una cultura de velocidades de construccin aceleradas, usa hormign que contiene una cantidad relativamente grande de cemento portland de alta resistencia inicial. En consecuencia, la extensibilidad o resistencia a la fisuracin de los hormigones modernos es pobre debido ala alta resistencia a la traccin inducida por demasiada contraccin trmica y contraccin por secado, y demasiado baja relajacin por creep. El cemento Romano, tpicamente una mezcla de cal hidratada y cenizas volcnicas, produjo un producto de hidratacin homogneo que fragua y endurece lentamente pero era termodinmicamente ms estable que el producto de hidratacin del cemento portland moderno. Tambin, los hormigones Romanos se hicieron con mucha menos agua y, comparados con el hormign actual, fueron menos propensos a la fisuracin y por lo tanto altamente durables. Claramente, si la durabilidad y la sustentabilidad son objetivos importantes, la prctica de la construccin corriente y los cdigos de la prctica recomendada deben sufrir un desplazamiento del paradigma para lograr las estructuras de hormign libre de fisuras con preferencia a las altas velocidades de la construccin. De hecho, la tecnologa est disponible con cementos portland de endurecimiento ms lento que contienen 50 a 60 % de cenizas volantes o escoria granulada de alto horno.

Malhotra y Langley y Leaman han descripto dosificaciones de mezclas, propiedades, y aplicaciones de mezclas de hormign superplastificados con altos volmenes de cenizas volantes. Si el contenido del agua de mezclado y los materiales cementicios totales en el hormign son reducidos posteriormente con la ayuda de un superplastificante, es posible eliminar todos o casi la mayor parte de la contraccin y fisuracin, y produce un hormign ms durable. Mehta y Langley describieron la construccin de una fundacin grande, libre de fisuras, monoltica, diseada para durar como mnimo 1000 aos. Para un templo de piedra que est bajo construccin en Kauai, una isla en el Ocano Pacfico aproximadamente a 4000 km al oeste de los EEUU continentales, el propietario quiso una fundacin libre de fisuras compuesta de dos losas de hormign monolticas, sin armadura, independientes, cada una de 36 x 17 x 0,61 m. Para producir esencialmente un hormign que estara libre de esfuerzos de contraccin significativos, era necesario controlar la contraccin trmica y por secado mediante la reduccin radical del contenido de cemento portland y agua. Cuando se inspeccionaron finalmente, casi 2 aos despus de la construccin, el examen cuidadoso de las superficies expuestas de hormign no mostraron evidencia alguna de fisuracin. La investigacin microestructural del hormign extrado de la losa en ensayo confirm, que a diferencia del hormign de cemento portland tradicional, el producto de hidratacin del sistema de alto volumen de cenizas volantes era mucho ms homogneo y bien ligado con el agregado, que es un pre requisito para la resistencia a la fisuracin y durabilidad a largo plazo. Si se hubiera construido con hormign armado tradicional, esta fundacin habra usado alrededor de 230 toneladas de cemento portland y 75 toneladas de armaduras. A su vez, usando solamente 80 toneladas de cemento y nada de acero, el proyecto redujo el dixido de carbono ambiental en 225 toneladas. Esta cantidad puede ser insignificante, pero establece una tendencia que merece la emulacin de la industria de la construccin en hormign si el objetivo es obtener estructuras durables y sustentables en el futuro. Un modelo para el futuro Diez aos atrs, Idorn predijo que el hormign de durabilidad certificada, de largo plazo, adaptado a los requisitos de comportamiento, se transformara en un elemento bsico en el desarrollo de polticas de recursos economa en todos lados. Su prediccin se est cumpliendo.

El sistema de hormign de alto volumen en cenizas volantes provee un modelo para el futuro de fabricar mezclas de hormign que se contraigan y fisuren menos, y sera mucho ms durable y recurso eficiente que el hormign de cemento portland convencional. La posibilidad para disear y construir miembros estructurales que duren 500 aos o ms en lugar de 50 estar incrementando la productividad de los recursos de la industria del hormign en diez veces. Mientras, con la sustitucin de los materiales reciclados por materiales naturales, ser posible mejorar sustancialmente la productividad de los recursos de la industria del hormign inmediatamente. Sin duda, el mayor desafo que la industria del hormign enfrenta durante el siglo 21 es lograr una patrn sustentable de crecimiento. La tarea es formidable pero las ideas y ejemplos citados muestran que se logran siempre que haya un desplazamiento del paradigma de la cultura de las velocidades aceleradas de construccin a una cultura de conservacin de la energa y materiales. Finalmente, se puede citar al poeta alemn Goethe: El saber no es suficiente, debemos practicar; el deseo no es suficiente, debemos actuar.