El impacto ambiental del hormigón , su fabricación y sus aplicaciones son complejos, impulsados en parte por los impactos directos de la construcción y la infraestructura, así como por las emisiones de CO 2 ; Entre el 4% y el 8% del total de las emisiones globales de CO2 provienen del hormigón. [1] Muchos dependen de las circunstancias. Un componente importante es el cemento , que tiene sus propios impactos ambientales y sociales y contribuye en gran medida a los del hormigón.
La industria del cemento es uno de los principales productores de dióxido de carbono , un gas de efecto invernadero . [2] El hormigón causa daños a la capa más fértil de la tierra, la capa superior del suelo . El hormigón se utiliza para crear superficies duras que contribuyen a la escorrentía superficial que puede causar erosión del suelo , contaminación del agua e inundaciones . Por el contrario, el hormigón es una de las herramientas más poderosas para un control adecuado de las inundaciones, mediante la contención , el desvío y la desviación de las aguas de inundaciones, flujos de lodo y similares. El hormigón de colores claros puede reducir el efecto isla de calor urbano , debido a su mayor albedo . [3] Sin embargo, la vegetación original resulta en un beneficio aún mayor . El polvo de hormigón liberado por la demolición de edificios y los desastres naturales puede ser una fuente importante de contaminación atmosférica peligrosa . La presencia de algunas sustancias en el hormigón, incluidos aditivos útiles y no deseados, puede causar problemas de salud debido a la toxicidad y la radiactividad (normalmente de origen natural) . [4] El concreto húmedo es altamente alcalino y siempre debe manipularse con el equipo de protección adecuado. El reciclaje de hormigón está aumentando en respuesta a una mayor conciencia ambiental , legislación y consideraciones económicas. Por el contrario, el uso de hormigón mitiga el uso de materiales de construcción alternativos como la madera, que es una forma natural de secuestro de carbono .
La demolición de edificios y los desastres naturales como los terremotos suelen liberar una gran cantidad de polvo de hormigón a la atmósfera local. Se llegó a la conclusión de que el polvo de hormigón era la principal fuente de contaminación atmosférica peligrosa tras el gran terremoto de Hanshin . [5]
La presencia de algunas sustancias en el hormigón, incluidos aditivos útiles y no deseados, puede causar problemas de salud. Los elementos radiactivos naturales ( K , U , Th y Rn ) pueden estar presentes en diversas concentraciones en las viviendas de hormigón, dependiendo de la fuente de las materias primas utilizadas. Por ejemplo, algunas piedras emiten radón de forma natural y el uranio alguna vez fue común en los desechos de las minas. [9] También se pueden utilizar sustancias tóxicas de forma involuntaria como resultado de la contaminación por un accidente nuclear . [10] El polvo de los escombros o del hormigón roto durante la demolición o el desmoronamiento puede causar graves problemas de salud dependiendo también de lo que se haya incorporado al hormigón. Sin embargo, incrustar materiales nocivos en el hormigón no siempre es peligroso y, de hecho, puede resultar beneficioso. [ cita necesaria ] En algunos casos, la incorporación de ciertos compuestos como metales en el proceso de hidratación del cemento los inmoviliza en un estado inofensivo y evita que se liberen libremente en otros lugares. [11]
La industria del cemento es uno de los dos mayores productores de dióxido de carbono (CO 2 ), generando hasta el 5% de las emisiones mundiales de este gas provocadas por el hombre, de las cuales el 50% proviene del proceso químico y el 40% de la quema de combustible. [2] [12] El CO 2 producido para la fabricación de hormigón estructural (utilizando ~14 % de cemento) se estima en 410 kg/m 3 (~180 kg/tonelada a una densidad de 2,3 g/cm 3 ) (reducido a 290 kg/m 3 con sustitución del 30% por cenizas volantes del cemento). [13] La emisión de CO 2 procedente de la producción de hormigón es directamente proporcional al contenido de cemento utilizado en la mezcla de hormigón; En la fabricación de cada tonelada de cemento se emiten 900 kg de CO 2 , lo que representa el 88% de las emisiones asociadas a la mezcla media de hormigón. [14] [15] La fabricación de cemento aporta gases de efecto invernadero tanto directamente mediante la producción de dióxido de carbono cuando el carbonato de calcio se descompone térmicamente, produciendo cal y dióxido de carbono , [16] como también mediante el uso de energía, particularmente procedente de la combustión de combustibles fósiles. .
Un área del ciclo de vida del hormigón que vale la pena destacar es su muy baja energía incorporada por unidad de masa. Esto se debe principalmente a que los materiales utilizados en la construcción de hormigón, como agregados , puzolanas y agua, son relativamente abundantes y a menudo pueden obtenerse de fuentes locales. [17] Esto significa que el transporte sólo representa el 7% de la energía incorporada del hormigón, mientras que la producción de cemento representa el 70%. El hormigón tiene una energía incorporada total de 1,69 GJ / tonelada , menor por unidad de masa que la mayoría de los materiales de construcción comunes además de la madera. Sin embargo, las estructuras de hormigón suelen tener masas elevadas, por lo que esta comparación no siempre es directamente relevante para la toma de decisiones. Además, este valor se basa únicamente en proporciones de mezcla de hasta un 20 % de cenizas volantes. Se estima que una sustitución del 1% del cemento por cenizas volantes supone una reducción del 0,7% en el consumo energético . Dado que algunas mezclas propuestas contienen hasta un 80 % de cenizas volantes, esto podría representar un ahorro de energía considerable. [15]
Un informe de 2022 del Boston Consulting Group encontró que las inversiones en formas de cemento más ecológicas conducirían a mayores reducciones de gases de efecto invernadero, por dólar, que las inversiones en muchas otras tecnologías verdes , aunque las inversiones en alternativas a la carne de origen vegetal generarían reducciones considerablemente mayores que incluso este. [18]
Existe un interés creciente en reducir las emisiones de carbono relacionadas con el concreto tanto del sector académico como del industrial, especialmente con la posibilidad de una futura implementación de impuestos al carbono . Se han sugerido varios enfoques para reducir las emisiones.
Una de las razones por las que las emisiones de carbono son tan altas es porque el cemento debe calentarse a temperaturas muy altas para que se forme clinker . Uno de los principales culpables de esto es la alita (Ca 3 SiO 5 ), un mineral del hormigón que cura a las pocas horas de vertido y, por lo tanto, es responsable de gran parte de su resistencia inicial. Sin embargo, en el proceso de formación del clinker también es necesario calentar la alita a 1.500 °C. Algunas investigaciones sugieren que la alita puede ser reemplazada por un mineral diferente, como la belita (Ca 2 SiO 4 ). Belita es también un mineral ya utilizado en el hormigón. Tiene una temperatura de tueste de 1200 °C, significativamente más baja que la de la alita. Además, la belita es en realidad más fuerte una vez que el concreto cura. Sin embargo, la belita tarda del orden de días o meses en fraguar por completo, lo que deja el concreto débil por más tiempo. La investigación actual se centra en encontrar posibles aditivos de impurezas, como el magnesio, que podrían acelerar el proceso de curado. También vale la pena considerar que la belita requiere más energía para molerse, lo que puede hacer que su vida útil de impacto sea similar o incluso mayor que la de la alita. [19]
Otro enfoque ha sido la sustitución parcial del clinker convencional por alternativas como cenizas volantes, cenizas de fondo y escorias, todas ellas subproductos de otras industrias que, de otro modo, terminarían en vertederos . Las cenizas volantes y de fondo provienen de centrales termoeléctricas , mientras que las escorias son residuos de los altos hornos de la industria siderúrgica. Estos materiales están ganando popularidad lentamente como aditivos, especialmente porque potencialmente pueden aumentar la resistencia, disminuir la densidad y prolongar la durabilidad del concreto. [20]
El principal obstáculo para una implementación más amplia de las cenizas volantes y la escoria puede deberse en gran medida al riesgo de construir con nueva tecnología que no haya sido expuesta a pruebas de campo prolongadas. Hasta que se implemente un impuesto al carbono, las empresas no están dispuestas a arriesgarse con nuevas recetas de mezclas de concreto, incluso si esto reduce las emisiones de carbono. Sin embargo, existen algunos ejemplos de hormigón "verde" y su implementación. Un ejemplo es una empresa de hormigón llamada Ceratech que ha comenzado a fabricar hormigón con un 95% de cenizas volantes y un 5% de aditivos líquidos. [19] Otro es el puente I-35W Saint Anthony Falls , que se construyó con una novedosa mezcla de hormigón que incluía diferentes composiciones de cemento Portland , cenizas volantes y escoria según la parte del puente y los requisitos de sus propiedades materiales. [21] Varias empresas emergentes están desarrollando y probando métodos alternativos de producción de cemento. Sublime de Somerville, Massachusetts, utiliza un proceso electroquímico sin horno , y Fortera de San José, California, captura dióxido de carbono de plantas convencionales para fabricar un nuevo tipo de cemento. Blue Planet de Los Gatos, California, captura el dióxido de carbono emitido para producir hormigón sintético. CarbonCure Technologies de Halifax, Nueva Escocia, ha modernizado sus sistemas de mineralización de carbono en cientos de plantas de concreto en todo el mundo, inyectando y almacenando permanentemente dióxido de carbono en el concreto mientras se mezcla. [22]
Además, la producción de hormigón requiere grandes cantidades de agua, y la producción mundial representa casi una décima parte del uso industrial de agua en todo el mundo. [23] Esto equivale al 1,7 por ciento de la extracción total de agua a nivel mundial. Un estudio que apareció en Nature Sustainability en 2018 predice que la producción de concreto aumentará en el futuro la presión sobre los recursos hídricos en regiones susceptibles a condiciones de sequía, y escribe: "En 2050, el 75% de la demanda de agua para la producción de concreto probablemente ocurrirá en regiones que se espera que sufran estrés hídrico". [24]
La carbonatación , a veces llamada carbonatación, es la formación de carbonato de calcio (CaCO 3 ) por reacción química que, si se usa en concreto, puede secuestrar dióxido de carbono. [25] La velocidad de carbonatación depende principalmente de la porosidad del hormigón y su contenido de humedad . La carbonatación en los poros del concreto ocurre solo a una humedad relativa (RH) de 40-90%; cuando la RH es superior al 90%, el dióxido de carbono no puede ingresar a los poros del concreto, y cuando la RH es inferior al 40%, el CO 2 no se puede disolver en agua. [26]
El hormigón se puede carbonatar mediante dos métodos principales: carbonatación por intemperismo y carbonatación a temprana edad. [27]
La carbonatación por meteorización ocurre en el concreto cuando los compuestos de calcio reaccionan con el dióxido de carbono ( ) de la atmósfera y el agua ( ) en los poros del concreto. La reacción es la siguiente. Primero, a través de la meteorización química , el CO 2 reacciona con el agua en los poros del hormigón para formar ácido carbónico :
Luego, el ácido carbónico reacciona con el hidróxido de calcio para formar carbonato de calcio y agua:
Una vez que el hidróxido de calcio (Ca(OH) 2 ) se ha carbonatado lo suficiente, el componente principal del cemento, el gel de silicato hidratado de calcio (CSH), puede descalcificarse, es decir, el óxido de calcio liberado ( ) puede carbonatarse:
La carbonatación temprana ocurre cuando se introduce CO 2 en las primeras etapas del concreto premezclado fresco o durante el curado inicial, lo que puede ocurrir de forma natural a través de la exposición o acelerarse artificialmente al aumentar la ingesta directa de CO 2 . [27] El dióxido de carbono gaseoso se convierte en carbonatos sólidos y puede almacenarse permanentemente en el hormigón. Las reacciones del CO 2 y el hidrato de silicato de calcio (CSH) en el cemento se describieron en 1974 en notación química del cemento (CCN) como: [28]
En un estudio publicado en el Journal of Cleaner Production , los autores crearon un modelo que muestra que el CO 2 secuestrado mejoraba la resistencia a la compresión del concreto al tiempo que reducía las emisiones de CO 2 , permitiendo así una reducción de la carga de cemento y al mismo tiempo una reducción del "4,6% en la huella de carbono". [29]
Otro método propuesto para capturar emisiones es absorber CO 2 en el proceso de curado mediante el uso de un aditivo , específicamente un silicato dicálcico en fase 𝛾, a medida que cura el concreto. En teoría, el uso de cenizas volantes u otro sustituto adecuado podría reducir las emisiones de CO 2 por debajo de 0 kg/m 3 , en comparación con las emisiones de cemento Portland de 400 kg/m 3 . El método más eficaz para producir este hormigón sería utilizar los gases de escape de una central eléctrica, donde una cámara aislada podría controlar la temperatura y la humedad. [30]
En agosto de 2019, se anunció un cemento con reducción de CO 2 que "reduce la huella de carbono general en los prefabricados de hormigón en un 70%". [31] La base del cemento es principalmente wollastonita ( ) y rankinita ( ), a diferencia del cemento Portland tradicional , a base de alita ( ) y belita ( ). El proceso patentado de fabricación de hormigón con emisiones reducidas comienza con la unión de partículas mediante sinterización en fase líquida , también conocida como densificación hidrotermal reactiva en fase líquida (rHLPD). [32] Una solución de agua y CO 2 penetra en las partículas, reaccionando en condiciones ambientales para formar un enlace que crea un cemento de silicato de calcio (CSC) no hidráulico y de cal reducida . La diferencia entre el hormigón Portland tradicional y estos hormigones de silicato cálcico carbonatado (CSC-C) radica en la reacción del proceso de curado final entre una solución de agua-CO 2 y una familia de silicato de calcio. Según un estudio de un cemento de emisiones reducidas, llamado Solidia, "el curado del CSC-C es una reacción ligeramente exotérmica en la que los silicatos de calcio con bajo contenido de cal en el CSC reaccionan con CO 2 en presencia de agua para producir calcita (CaCO 3 ) y sílice ( SiO 2 ) como sigue:
" [33]
Sin embargo, a medida que los métodos de carbonatación a temprana edad han ganado reconocimiento debido a sus importantes capacidades de secuestro de carbono , algunos autores han argumentado que el efecto del curado por carbonatación a temprana edad puede sucumbir a la carbonatación por meteorización más adelante. Por ejemplo, un artículo de 2020 escribe: "Los resultados experimentales sugieren que los hormigones carbonatados de edad temprana con relaciones a/c altas (>0,65) tienen más probabilidades de verse afectados por la carbonatación por intemperismo". [34] El artículo advierte que esto puede debilitar su capacidad de resistencia en las etapas de corrosión durante la vida útil.
La empresa italiana Italcementi diseñó un tipo de cemento que supuestamente alivia la contaminación del aire descomponiendo los contaminantes que entran en contacto con el hormigón, mediante el uso de dióxido de titanio que absorbe la luz ultravioleta . Sin embargo, algunos expertos medioambientales se muestran escépticos y se preguntan si este material especial puede "comer" suficientes contaminantes para que sea económicamente viable. La Iglesia del Jubileo en Roma está construida con este tipo de hormigón. [35]
Otro aspecto a considerar en el concreto al carbono es el escalamiento de la superficie debido a las condiciones climáticas frías y la exposición a la sal de deshielo y a los ciclos de hielo y deshielo ( meteorización por heladas ). El hormigón producido mediante curado por carbonatación también muestra un rendimiento superior cuando está sujeto a degradaciones físicas, por ejemplo, daños por congelación y descongelación, particularmente debido al efecto de densificación de los poros permitido por la precipitación de productos de carbonatación [36].
La gran mayoría de las emisiones de CO 2 del hormigón proceden de la fabricación de cemento. Por lo tanto, los métodos para reducir los materiales de cemento en cada mezcla de concreto son los únicos métodos conocidos para reducir las emisiones. [ cita necesaria ]
El dióxido de titanio (TiO 2 ), un material semiconductor que ha demostrado exhibir un comportamiento fotocatalítico , se ha utilizado para eliminar óxidos de nitrógeno (denominados NO x ) de la atmósfera. Las especies de NOx, es decir, el óxido nítrico y el dióxido de nitrógeno , son gases atmosféricos que contribuyen a la lluvia ácida y a la formación de smog , los cuales son resultado de la contaminación urbana. Dado que la formación de NOx sólo ocurre a altas temperaturas, los óxidos de nitrógeno generalmente se producen como subproducto de la combustión de hidrocarburos . Además de contribuir a los eventos de contaminación urbana, se ha demostrado que el NO x causa una amplia variedad de efectos adversos para la salud y el medio ambiente, incluido el desencadenamiento de dificultad respiratoria, la reacción con otras sustancias químicas atmosféricas para formar productos nocivos como el ozono , los nitroarenos y los radicales nitrato . y contribuyendo al efecto invernadero . La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha recomendado una concentración máxima de NO x de 40 μg/m 3 . [37] Una ruta propuesta para disminuir las concentraciones de NO x , especialmente en entornos urbanos, es utilizar TiO 2 fotocatalítico mezclado con concreto para oxidar NO y NO 2 para formar nitrato . En presencia de luz, el TiO 2 genera electrones y huecos que permiten que el NO se oxide en NO 2 y NO 2 para luego formar HNO 3 ( ácido nítrico ) mediante un ataque de radicales hidroxilo . Las reacciones de adsorción de moléculas se detallan a continuación:
La generación de huecos y electrones mediante la activación de TiO 2 se describe a continuación:
Atrapamiento de electrón/hueco:
Ataque de radicales hidroxilo:
Recombinación de electrones y huecos:
Otra vía para la oxidación del nitrógeno utiliza la irradiación UV para formar NO 3 . [38]
Se han propuesto células solares sensibilizadas con tintes incrustadas en hormigón como método para reducir la huella de carbono y energía de los edificios. El uso de células solares integradas permite la generación de energía in situ, que, combinadas con baterías, proporcionarían energía constante durante todo el día. La capa superior del hormigón sería una fina capa de células solares sensibilizadas con tintes. Las células solares sensibilizadas por tinte son particularmente atractivas debido a su facilidad de producción en masa, ya sea mediante impresión en rollo o pintura, y una eficiencia razonablemente alta del 10%. [39] Un ejemplo de la comercialización de este concepto es la empresa alemana Discrete, que produce un producto de hormigón integrado con células solares sensibilizadas con colorantes. Su proceso utiliza un método de recubrimiento por pulverización para aplicar tintes orgánicos que generan electricidad sobre el hormigón. [40]
El almacenamiento de energía se ha convertido en una consideración importante para muchos métodos de generación de energía renovable, especialmente para métodos populares como la energía solar o eólica, los cuales son productores de energía intermitentes que requieren almacenamiento para un uso constante. Actualmente, el 96% del almacenamiento de energía del mundo proviene de la energía hidroeléctrica de bombeo , que utiliza el exceso de electricidad generada para bombear agua a una presa y luego se deja caer y hace girar turbinas que producen electricidad cuando la demanda excede la generación. Sin embargo, el problema con la energía hidroeléctrica de bombeo es que la configuración requiere geografías específicas que pueden ser difíciles de encontrar. Energy Vault, una startup suiza, ha desarrollado un concepto similar que utiliza cemento en lugar de agua. Crearon una configuración que utiliza una grúa eléctrica rodeada por pilas de bloques de concreto de 35 toneladas, que se pueden producir usando productos de desecho, para almacenar energía utilizando el exceso de generación de energía para impulsar la grúa para levantar y apilar los bloques de concreto. Cuando se necesita energía, se permite que los bloques caigan y el motor girado enviará energía de regreso a la red. La instalación tendría una capacidad de almacenamiento de 25 a 80 MWh. [41]
Hay muchas otras mejoras del hormigón que no tienen que ver directamente con las emisiones. Recientemente, se han realizado muchas investigaciones sobre los hormigones "inteligentes": hormigones que utilizan señales eléctricas y mecánicas para responder a los cambios en las condiciones de carga. Una variedad utiliza refuerzo de fibra de carbono que proporciona una respuesta eléctrica que puede usarse para medir la tensión. Esto permite monitorear la integridad estructural del concreto sin instalar sensores. [42]
La industria de construcción y mantenimiento de carreteras consume toneladas de hormigón con alto contenido de carbono todos los días para proteger la infraestructura urbana y de las carreteras. A medida que crece la población, esta infraestructura se vuelve cada vez más vulnerable al impacto de los vehículos, creando un ciclo cada vez mayor de daños y desperdicios y un consumo cada vez mayor de concreto para reparaciones (ahora se ven obras viales en nuestras ciudades casi a diario). Un avance importante en la industria de la infraestructura implica el uso de desechos de petróleo reciclados para proteger el concreto de daños y permitir que la infraestructura se vuelva dinámica, capaz de mantenerse y actualizarse fácilmente sin alterar los cimientos existentes. Esta simple innovación preserva las bases para toda la vida útil de un desarrollo.
Otra área de investigación del hormigón implica la creación de ciertos hormigones "sin agua" para su uso en la colonización extraplanetaria. Más comúnmente, estos concretos usan azufre para actuar como un aglutinante no reactivo, lo que permite la construcción de estructuras de concreto en ambientes con muy poca o ninguna agua. Estos hormigones son en muchos aspectos indistinguibles del hormigón hidráulico normal: tienen densidades similares, se pueden utilizar con refuerzos metálicos actualmente existentes y, de hecho, ganan resistencia más rápido que el hormigón normal [43] . Esta aplicación aún no se ha explorado en la Tierra, pero con La producción concreta representa hasta dos tercios del uso total de energía de algunos países en desarrollo, [17] cualquier mejora vale la pena considerar.
El hormigón es uno de los materiales de construcción artificiales más antiguos del mundo. A lo largo de los años, se han impuesto importantes limitaciones ambientales a la creación y uso de hormigón debido a su huella de carbono. Los fabricantes respondieron a estas limitaciones alterando los procesos de producción del concreto y reciclando escombros de concreto viejos para usarlos como agregado en nuevas mezclas de concreto para reducir estas emisiones. El hormigón ha pasado de los recursos naturales a los procesos creados por el hombre; La evidencia del uso de hormigón se remonta a hace más de 8.000 años. Hoy en día, muchas empresas constructoras y fabricantes de hormigón han recortado el uso de cemento Portland en sus mezclas debido a que su proceso de producción emite importantes cantidades de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
De hecho, existen muchas alternativas al hormigón. Uno es el hormigón verde que se produce a partir de materiales de desecho reciclados de diversas industrias, otro es el Ashcrete, un material elaborado a partir de una mezcla de cal y agua que actúa de forma similar al cemento. La escoria negra de horno también es una fuerte alternativa hecha de escoria de hierro fundido en agua, junto con microsílice, papercrete, cemento compuesto y vidrio posconsumo. [44]
Dependiendo de las cantidades requeridas o utilizadas en general y de las cantidades necesarias, en combinación con otros materiales, para la estabilidad estructural de cada edificio, muchos otros materiales también tienen un impacto negativo sustancial en el medio ambiente. Por ejemplo, si bien se llevan a cabo investigaciones y desarrollo para reducir estas emisiones, el acero representó ~8 % de las emisiones totales de gases de efecto invernadero del mundo en 2021. [45] [46]
Las mezclas de arcilla son un material de construcción alternativo al hormigón que tienen una menor huella ambiental. En 2021, se completó el primer prototipo de casa impresa en 3D , Tecla , impresa a partir de tierra y agua de origen local, así como fibras de cáscaras de arroz y un aglutinante. [47] [48] [49] Estos edificios podrían ser muy económicos, estar bien aislados, estables y resistentes a la intemperie, adaptarse al clima, personalizarse, producirse rápidamente, requerir muy poca mano de obra fácil de aprender , requerir menos energía, producir muy Pocos residuos y reducir las emisiones de carbono del hormigón. [ cita necesaria ]
La escorrentía superficial , cuando el agua escurre por superficies impermeables , como el hormigón no poroso, puede provocar una grave erosión del suelo e inundaciones. La escorrentía urbana tiende a recoger gasolina, aceite de motor , metales pesados , basura y otros contaminantes de las aceras, carreteras y estacionamientos. [50] [51] Sin atenuación , la cubierta impermeable en un área urbana típica limita la filtración de agua subterránea y causa cinco veces la cantidad de escorrentía generada por un bosque típico del mismo tamaño. [52] Un informe de 2008 del Consejo Nacional de Investigación de los Estados Unidos identificó la escorrentía urbana como una de las principales fuentes de problemas de calidad del agua . [53]
En un intento por contrarrestar los efectos negativos del hormigón impermeable, muchos proyectos nuevos de pavimentación han comenzado a utilizar hormigón permeable , que proporciona un nivel de gestión automática de las aguas pluviales. El concreto permeable se crea mediante la colocación cuidadosa de concreto con proporciones de agregados específicamente diseñadas, lo que permite que el escurrimiento superficial se filtre y regrese al agua subterránea. Esto previene inundaciones y contribuye a la reposición de las aguas subterráneas. [54] Si se diseñan y se colocan en capas adecuadamente, el concreto permeable y otras áreas discretamente pavimentadas también pueden funcionar como un filtro de agua automático al evitar el paso de ciertas sustancias nocivas como aceites y otros químicos. [55] Desafortunadamente, todavía hay desventajas en las aplicaciones a gran escala de concreto permeable: su resistencia reducida en relación con el concreto convencional limita su uso en áreas de baja carga, y debe colocarse adecuadamente para reducir la susceptibilidad a daños por congelación y descongelación y acumulación de sedimentos. [54]
Tanto el hormigón como el asfalto son los principales contribuyentes a lo que se conoce como efecto isla de calor urbano . [23] Según el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas, el 55% de la población mundial reside en áreas urbanas y se proyecta que el 68% de la población mundial será urbana para 2050; Además, "se proyecta que el mundo agregará 230 mil millones de m2 (2,5 billones de pies2) de edificios para 2060, o un área igual a todo el parque mundial de edificios actual. Esto es el equivalente a agregar una ciudad entera de Nueva York al planeta cada 34 días durante los próximos 40 años". [56] Como resultado, las superficies pavimentadas representan una preocupación importante debido al consumo adicional de energía y la contaminación del aire que causan. [57]
El potencial de ahorro de energía dentro de un área también es alto. Con temperaturas más bajas, la demanda de aire acondicionado teóricamente disminuye, ahorrando energía. Sin embargo, la investigación sobre la interacción entre los pavimentos reflectantes y los edificios ha descubierto que, a menos que los edificios cercanos estén equipados con vidrio reflectante, la radiación solar reflejada en los pavimentos puede aumentar la temperatura de los edificios, aumentando la demanda de aire acondicionado. [58]
Además, la transferencia de calor desde las aceras, que cubren aproximadamente un tercio de una ciudad típica de Estados Unidos, [3] también puede influir en las temperaturas locales y la calidad del aire. Las superficies calientes calientan el aire de la ciudad mediante convección, por lo que el uso de materiales que absorban menos energía solar, como los pavimentos de alto albedo , puede reducir el flujo de calor hacia el entorno urbano y moderar la UHIE. [59] Los albedos varían de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,35 para las superficies de materiales de pavimento utilizados actualmente. Durante una vida útil típica, los materiales de pavimento que comienzan con un albedo alto tienden a perder reflectancia, mientras que aquellos con un albedo inicial bajo pueden ganar reflectancia [60].
El Design Trust for Public Space descubrió que al aumentar ligeramente el valor del albedo en la ciudad de Nueva York, se podrían lograr efectos beneficiosos como el ahorro de energía [61] mediante la sustitución del asfalto negro por hormigón de color claro. Sin embargo, en invierno esto puede ser una desventaja, ya que el hielo se formará más fácilmente y permanecerá más tiempo en superficies de colores claros, ya que estarán más frías debido a que se absorbe menos energía debido a la reducida cantidad de luz solar en invierno. [62]
Otro aspecto a considerar es el efecto del confort térmico , así como la necesidad de más estrategias de mitigación, que no amenacen la salud y el bienestar de los peatones, especialmente durante las olas de calor. [63] Un estudio que apareció en Building and Environment en 2019 realizó experimentos para proyectar el impacto de las olas de calor y las interacciones de materiales con alto albedo en la ciudad de Milán, en el norte de Italia. Calculando el “Índice de Confort Exterior Mediterráneo” (MOCI) en presencia de una ola de calor, donde se utilizaron materiales de alto albedo en todas las superficies. El estudio identificó un deterioro del microclima donde se ubicaban grandes cantidades de materiales de alto albedo. Se descubrió que el uso de materiales de alto albedo "conduce al establecimiento de múltiples interreflexiones y al consiguiente aumento de las variables micrometeorológicas, como las temperaturas radiantes promedio y las temperaturas del aire. Para ser más detallados, estos cambios conducen a un aumento en el MOCI que en horas de la tarde puede llegar incluso a 0,45 unidades". [64]
Las configuraciones urbanas generales deberían seguir siendo motivo de preocupación a la hora de tomar decisiones, ya que las personas están expuestas a condiciones climáticas y de confort térmico. El uso de materiales con alto albedo dentro de un entorno urbano puede tener un efecto positivo con una combinación adecuada de otras tecnologías y estrategias tales como: vegetación, materiales reflectantes, etc. Las medidas de mitigación del calor urbano podrían minimizar los impactos en el microclima, así como en los hábitats humanos y de vida silvestre. [sesenta y cinco]
La manipulación del hormigón húmedo siempre debe realizarse con el equipo de protección adecuado. El contacto con el hormigón húmedo puede provocar quemaduras químicas en la piel debido a la naturaleza cáustica de la mezcla de cemento y agua (incluida el agua de lluvia). De hecho, el pH del agua fresca de cemento es altamente alcalino debido a la presencia de hidróxidos de potasio y sodio libres en solución (pH ~ 13,5). Los ojos, manos y pies deben protegerse correctamente para evitar cualquier contacto directo con el hormigón húmedo y lavarse inmediatamente si es necesario.
El reciclaje de hormigón es un método cada vez más común para eliminar estructuras de hormigón. Alguna vez los desechos de concreto se enviaban rutinariamente a los vertederos para su eliminación, pero el reciclaje está aumentando debido a una mayor conciencia ambiental, las leyes gubernamentales y los beneficios económicos.
El hormigón, que debe estar libre de basura, madera, papel y otros materiales similares, se recoge de los sitios de demolición y se pasa por una máquina trituradora , a menudo junto con asfalto , ladrillos y rocas.
El hormigón armado contiene barras de refuerzo y otros refuerzos metálicos, que se eliminan con imanes y se reciclan en otros lugares. Los trozos agregados restantes se clasifican por tamaño. Los trozos más grandes pueden volver a pasar por la trituradora. Los trozos más pequeños de hormigón se utilizan como grava para nuevos proyectos de construcción. La grava de base agregada se coloca como la capa más baja de una carretera, con concreto fresco o asfalto colocado sobre ella. El hormigón reciclado triturado a veces se puede utilizar como agregado seco para hormigón nuevo si está libre de contaminantes, aunque el uso de hormigón reciclado limita su resistencia y no está permitido en muchas jurisdicciones. El 3 de marzo de 1983, un equipo de investigación financiado por el gobierno (VIRL research.codep) [ cita necesaria ] estimó que casi el 17% de los vertederos mundiales eran subproductos de desechos a base de hormigón .
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