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 CO2 ; entre el 4 y el 8 % de las emisiones totales mundiales 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 superficial 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 el control adecuado de las inundaciones, mediante represas , desviación y desvío de las aguas de inundación, flujos de lodo y similares. El hormigón de color claro puede reducir el efecto de 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 (generalmente de origen natural) . [4] El hormigón 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 secuestrar 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 concluyó 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. [9] Por ejemplo, algunas piedras emiten radón de forma natural, y el uranio era común en el pasado en los desechos de las minas. [10] Las sustancias tóxicas también pueden utilizarse de forma involuntaria como resultado de la contaminación de un accidente nuclear . [11] El polvo de los escombros o del hormigón roto tras la demolición o el desmoronamiento puede causar graves problemas de salud dependiendo también de lo que se haya incorporado al hormigón. Sin embargo, la incrustación de materiales nocivos en el hormigón no siempre es peligrosa y, de hecho, puede ser beneficiosa. [ cita requerida ] En algunos casos, la incorporación de determinados compuestos como los metales en el proceso de hidratación del cemento los inmoviliza en un estado inofensivo y evita que se liberen libremente en otras partes. [12]
La industria del cemento es uno de los dos mayores productores de dióxido de carbono (CO2 ) , creando hasta el 5% de las emisiones mundiales de este gas causadas por el hombre, de las cuales el 50% proviene del proceso químico y el 40% de la quema de combustible. [2] [13] El CO2 producido para la fabricación de hormigón estructural (utilizando ~14% de cemento) se estima en 410 kg/m3 ( ~180 kg/tonelada a una densidad de 2,3 g/cm3 ) (reducido a 290 kg/m3 con un 30% de sustitución de cenizas volantes en el cemento). [14] La emisión de CO2 de la producción de hormigón es directamente proporcional al contenido de cemento utilizado en la mezcla de hormigón; se emiten 900 kg de CO2 para la fabricación de cada tonelada de cemento, lo que representa el 88% de las emisiones asociadas a la mezcla de hormigón media. [15] [16] La fabricación de cemento contribuye a la emisión de gases de efecto invernadero tanto directamente a través de la producción de dióxido de carbono cuando el carbonato de calcio se descompone térmicamente, produciendo cal y dióxido de carbono , [17] como también a través del uso de energía, en particular de la combustión de combustibles fósiles .
Un aspecto del ciclo de vida del hormigón que merece 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 con hormigón, como los áridos , las puzolanas y el agua, son relativamente abundantes y a menudo se pueden obtener de fuentes locales. [18] Esto significa que el transporte solo 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 aparte 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 solo en proporciones de mezcla de hasta un 20% de cenizas volantes. Se estima que un reemplazo del 1% de cemento por cenizas volantes representa una reducción del 0,7% en el consumo de energía . Con algunas mezclas propuestas que contienen hasta un 80% de cenizas volantes, esto podría representar un ahorro considerable de energía. [16]
Un informe de 2022 del Boston Consulting Group concluyó que las inversiones en formas más ecológicas de cemento conducirían a mayores reducciones de gases de efecto invernadero, por dólar, que las inversiones en muchas otras tecnologías ecológicas , aunque las inversiones en alternativas de carne de origen vegetal generarían reducciones considerablemente mayores que incluso esto. [19]
Existe un creciente interés en reducir las emisiones de carbono relacionadas con el hormigón, tanto en el sector académico como en el industrial, especialmente ante la posibilidad de implementar en el futuro un impuesto 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 el clínker . Un gran culpable de esto es la alita (Ca 3 SiO 5 ), un mineral presente en el hormigón que se cura en cuestión de horas tras su vertido y, por tanto, es responsable de gran parte de su resistencia inicial. Sin embargo, la alita también debe calentarse a 1.500 °C en el proceso de formación del clínker. Algunas investigaciones sugieren que la alita puede sustituirse por un mineral diferente, como la belita (Ca 2 SiO 4 ). La belita es también un mineral que ya se utiliza en el hormigón. Tiene una temperatura de calcinación de 1.200 °C, que es significativamente inferior a la de la alita. Además, la belita es en realidad más fuerte una vez que el hormigón se cura. Sin embargo, la belita tarda días o meses en fraguar por completo, lo que hace que el hormigón se debilite durante 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 molerla, lo que puede hacer que su vida útil total de impacto sea similar o incluso mayor que la de la alita. [20]
Otro enfoque ha sido la sustitución parcial del clínker convencional por alternativas como cenizas volantes, cenizas de fondo y escorias, todos ellos subproductos de otras industrias que de otro modo acabarían en vertederos . Las cenizas volantes y las cenizas de fondo proceden 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 pueden aumentar potencialmente la resistencia, reducir la densidad y prolongar la durabilidad del hormigón. [21]
El principal obstáculo para una implementación más amplia de cenizas volantes y escorias puede deberse en gran medida al riesgo de la construcción con nueva tecnología que no ha sido expuesta a pruebas de campo prolongadas. Hasta que se implemente un impuesto al carbono, las empresas no están dispuestas a correr el riesgo con nuevas recetas de mezclas de concreto incluso si esto reduce las emisiones de carbono. Sin embargo, hay algunos ejemplos de concreto "verde" y su implementación. Un ejemplo es una empresa de concreto llamada Ceratech que ha comenzado a fabricar concreto con 95% de cenizas volantes y 5% de aditivos líquidos. [20] Otro es el puente I-35W Saint Anthony Falls , que se construyó con una novedosa mezcla de concreto que incluía diferentes composiciones de cemento Portland , cenizas volantes y escoria según la parte del puente y los requisitos de las propiedades de sus materiales. [22] 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 captura dióxido de carbono de plantas convencionales para fabricar un nuevo tipo de cemento. [23] 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 hormigón de todo el mundo, inyectando y almacenando permanentemente dióxido de carbono en el hormigón mientras se mezcla. [24]
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. [25] Esto equivale al 1,7 por ciento de la extracción total de agua mundial. Un estudio publicado en Nature Sustainability en 2018 predice que la producción de hormigón 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 hormigón probablemente se producirá en regiones que se espera que experimenten estrés hídrico". [26]
La carbonatación , a veces llamada carbonatación, es la formación de carbonato de calcio (CaCO3 ) por reacción química, que, si se utiliza en el hormigón, puede secuestrar dióxido de carbono. [27] La velocidad de la carbonatación depende principalmente de la porosidad del hormigón y su contenido de humedad . La carbonatación en los poros del hormigón se produce solo a una humedad relativa (HR) del 40-90%: cuando la HR es superior al 90%, el dióxido de carbono no puede entrar en los poros del hormigón, y cuando la HR es inferior al 40%, el CO2 no puede disolverse en agua. [28]
El hormigón se puede carbonatar mediante dos métodos principales: carbonatación por meteorización y carbonatación en edad temprana. [29]
La carbonatación por meteorización ocurre en el hormigón cuando los compuestos de calcio reaccionan con el dióxido de carbono ( ) de la atmósfera y el agua ( ) en los poros del hormigón. 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 suficientemente, el componente principal del cemento, el gel de silicato de calcio hidratado (CSH), se puede descalcificar, es decir, el óxido de calcio liberado ( ) puede carbonatar:
La carbonatación en edad temprana es cuando el CO2 se introduce en las primeras etapas del hormigón premezclado fresco o en el curado inicial, lo que puede ocurrir tanto de forma natural a través de la exposición como acelerarse artificialmente aumentando la ingesta directa de CO2 . [ 29] El dióxido de carbono gaseoso se convierte en carbonatos sólidos y se puede almacenar de forma permanente en el hormigón. Las reacciones del CO2 y el hidrato de silicato de calcio (CSH) en el cemento se describieron en 1974 en la notación química del cemento (CCN) como: [30] Una empresa canadiense patentó y comercializó una tecnología novedosa que utiliza la carbonatación en edad temprana para secuestrar el CO2 . Esto se logra inyectando directamente dióxido de carbono líquido reciclado de emisores industriales de terceros en la etapa de mezcla húmeda del hormigón durante el proceso de fabricación. Luego, el CO2 se mineraliza químicamente, secuestrando el contaminante de gases de efecto invernadero en la infraestructura de hormigón, edificios, carreteras, etc. durante largos períodos de tiempo.
En un estudio publicado en el Journal of Cleaner Production , los autores crearon un modelo que muestra que el CO2 secuestrado mejora la resistencia a la compresión del hormigón al tiempo que reduce las emisiones de CO2 , lo que permite una reducción de la carga de cemento y también una "reducción del 4,6% en la huella de carbono". [31]
Otro método propuesto para capturar emisiones es absorber el CO2 en el proceso de curado mediante el uso de un aditivo —en concreto, un silicato dicálcico en fase 𝛾— a medida que el hormigón cura. El uso de cenizas volantes u otro sustituto adecuado podría, en teoría, reducir las emisiones de CO2 por debajo de 0 kg/m3 , en comparación con las emisiones del hormigón de cemento Portland de 400 kg/m3 . El método más eficaz de producción de este hormigón utilizaría los gases de escape de una central eléctrica, donde una cámara aislada podría controlar la temperatura y la humedad. [32]
En agosto de 2019, se anunció un cemento con emisiones reducidas de CO2 que "reduce la huella de carbono general en el hormigón prefabricado en un 70%". [33] La base del cemento es principalmente wollastonita ( ) y rankinita ( ), a diferencia del cemento Portland tradicional , basado en alita ( ) y belita ( ). El proceso patentado de fabricación de hormigón con emisiones reducidas comienza con la unión de partículas a través de la sinterización en fase líquida , también conocida como densificación reactiva hidrotermal en fase líquida (rHLPD). [34] Una solución de agua y CO2 penetra en las partículas, reaccionando en condiciones ambientales para formar un enlace que crea cemento de silicato de calcio no hidráulico (CSC) con cal reducida. La diferencia entre el hormigón Portland tradicional y estos hormigones de silicato de calcio carbonatado (CSC-C) radica en la reacción del proceso de curado final entre una solución de agua-CO2 y una familia de silicatos de calcio. Según un estudio de un cemento de emisiones reducidas, llamado Solidia, "el curado del CSC-C es una reacción levemente exotérmica en la que los silicatos de calcio con bajo contenido de cal del CSC reaccionan con CO2 en presencia de agua para producir calcita (CaCO3 ) y sílice ( SiO2 ) de la siguiente manera:
" [35]
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 a temprana edad con relaciones agua/cemento altas (>0,65) tienen más probabilidades de verse afectados por la carbonatación por meteorización". [36] El artículo advierte que esto puede debilitar sus capacidades 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 al descomponer 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 ambientales siguen siendo escépticos y se preguntan si el material especial puede "comer" suficientes contaminantes para que sea económicamente viable. La Iglesia del Jubileo en Roma está construida con este tipo de hormigón. [37]
Otro aspecto a considerar en el hormigón de carbono es la formación de incrustaciones en la superficie debido a las condiciones climáticas frías y la exposición a la sal de deshielo y a los ciclos de congelación y descongelación ( meteorización por congelación ). El hormigón producido mediante curado por carbonatación también muestra un rendimiento superior cuando se somete a degradaciones físicas, por ejemplo, daños por congelación y descongelación, en particular debido a un efecto de densificación de poros habilitado por la precipitación de productos de carbonatación [38].
La gran mayoría de las emisiones de CO2 del hormigón provienen de la fabricación de cemento. Por lo tanto, los métodos para reducir los materiales de cemento en cada mezcla de hormigón son los únicos métodos conocidos para reducir las emisiones. [ cita requerida ]
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 NO x , es decir, óxido nítrico y dióxido de nitrógeno , son gases atmosféricos que contribuyen a la lluvia ácida y la formación de smog , ambos resultados de la contaminación urbana. Dado que la formación de NO x solo ocurre a altas temperaturas, los óxidos de nitrógeno se producen típicamente como un 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, incluyendo el desencadenamiento de dificultad respiratoria, la reacción con otros productos químicos atmosféricos para formar productos nocivos como ozono , nitroarenos y radicales de nitrato , y la contribución al efecto invernadero . La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha recomendado una concentración máxima de NO x de 40 μg/m 3 . [39] Una vía propuesta para disminuir las concentraciones de NO x , especialmente en entornos urbanos, es utilizar TiO 2 fotocatalítico mezclado con hormigón para oxidar NO y NO 2 y 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 ) a través de un ataque de radicales hidroxilo . Las reacciones de adsorción de moléculas se detallan a continuación:
A continuación se describe la generación de huecos y electrones mediante la activación de TiO 2 :
Atrapamiento de electrones/huecos:
Ataque de radicales hidroxilo:
Recombinación de electrones y huecos:
Otra vía para la oxidación del nitrógeno utiliza la radiación UV para formar NO 3 . [40]
Se ha propuesto la incorporación de células solares sensibilizadas con colorante en el hormigón como método para reducir la huella de carbono y de energía de los edificios. El uso de células solares integradas permite la generación de energía in situ, que, cuando se combina con baterías, proporcionaría energía constante durante todo el día. La capa superior del hormigón sería una fina capa de células solares sensibilizadas con colorante. Las células solares sensibilizadas con colorante son especialmente atractivas debido a su facilidad de producción en masa, ya sea mediante impresión en rollo o pintura, y a una eficiencia razonablemente alta del 10 %. [41] Un ejemplo de la comercialización de este concepto es la empresa alemana Discrete, que produce un producto de hormigón con células solares sensibilizadas con colorante. Su proceso utiliza un método de recubrimiento por pulverización para aplicar colorantes orgánicos que generan electricidad sobre el hormigón. [42]
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, que 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 hasta una presa y luego se deja caer y hacer girar turbinas que producen electricidad cuando la demanda excede la generación. El problema con la energía hidroeléctrica de bombeo, sin embargo, es que la instalación requiere geografías específicas que pueden ser difíciles de encontrar. Energy Vault, una empresa emergente suiza, ha realizado un concepto similar que utiliza cemento en lugar de agua. Crearon una instalación que utiliza una grúa eléctrica rodeada de pilas de bloques de hormigón de 35 toneladas, que se pueden producir utilizando productos de desecho, para almacenar energía utilizando el exceso de generación de energía para impulsar la grúa para levantar y apilar los bloques de hormigón. Cuando se necesita energía, se dejan caer los bloques y el motor giratorio enviaría energía de regreso a la red. La instalación tendría una capacidad de almacenamiento de 25 a 80 MWh. [43]
Existen muchas otras mejoras en el hormigón que no abordan directamente 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 un refuerzo de fibra de carbono que proporciona una respuesta eléctrica que se puede utilizar para medir la deformación. Esto permite controlar la integridad estructural del hormigón sin instalar sensores. [44]
La industria de la construcción y el mantenimiento de carreteras consume toneladas de hormigón con alto contenido de carbono cada día para proteger las infraestructuras urbanas y de las carreteras. A medida que la población crece, estas infraestructuras se vuelven cada vez más vulnerables al impacto de los vehículos, lo que crea un ciclo cada vez mayor de daños y residuos y un consumo cada vez mayor de hormigón para reparaciones (hoy en día se ven obras en las carreteras de nuestras ciudades casi a diario). Un avance importante en la industria de la infraestructura implica el uso de residuos de petróleo reciclados para proteger el hormigón de los daños y permitir que la infraestructura se vuelva dinámica, capaz de mantenerse y actualizarse fácilmente sin alterar los cimientos existentes. Esta sencilla innovación preserva los cimientos durante toda la vida útil de un desarrollo.
Otro campo de investigación del hormigón es la creación de ciertos hormigones “sin agua” para su uso en la colonización extraplanetaria. Lo más habitual es que estos hormigones utilicen azufre como aglutinante no reactivo, lo que permite la construcción de estructuras de hormigón en entornos sin agua o con muy poca. Estos hormigones son en muchos aspectos indistinguibles del hormigón hidráulico normal: tienen densidades similares, se pueden utilizar con el refuerzo metálico existente y, de hecho, ganan resistencia más rápidamente que el hormigón normal [45]. Esta aplicación aún no se ha explorado en la Tierra, pero, dado que la producción de hormigón representa hasta dos tercios del consumo total de energía de algunos países en desarrollo [18] , vale la pena considerar cualquier mejora.
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 medioambientales a la creación y el uso del hormigón debido a su huella de carbono. Los fabricantes respondieron a estas limitaciones modificando los procesos de producción del hormigón y reciclando los escombros de hormigón viejos para utilizarlos como agregados en nuevas mezclas de hormigón con el fin de reducir estas emisiones. El hormigón ha pasado de los recursos naturales a los procesos artificiales; la evidencia del uso del hormigón se remonta a hace más de 8.000 años. Hoy en día, muchas empresas de construcción y fabricantes de hormigón han reducido el uso de cemento Portland en sus mezclas debido a que su proceso de producción emite cantidades significativas de gases de efecto invernadero a la atmósfera.
De hecho, existen muchas alternativas al hormigón. Una de ellas es el hormigón verde, que se produce a partir de materiales de desecho reciclados de diversas industrias; otra 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 alternativa sólida, elaborada a partir de escoria de hierro fundido en agua, junto con el microsílice, el Papercrete, el cemento compuesto y el vidrio posconsumo. [46]
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 la investigación y el desarrollo para reducir estas emisiones están en curso, el acero representó aproximadamente el 8 % de las emisiones totales de gases de efecto invernadero del mundo en 2021. [47] [48]
Las mezclas de arcilla son un material de construcción alternativo al hormigón que tiene 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. [49] [50] [51] Estos edificios podrían ser muy económicos, estar bien aislados, ser estables y resistentes a la intemperie, adaptarse al clima, ser personalizables, producirse rápidamente, requerir muy poca mano de obra fácil de aprender , consumir menos energía, producir muy pocos residuos y reducir las emisiones de carbono del hormigón. [ cita requerida ]
La escorrentía superficial , cuando el agua se desliza sobre 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, las carreteras y los aparcamientos. [52] [53] Sin atenuación , la cubierta impermeable de una zona urbana típica limita la percolación de las aguas subterráneas y provoca cinco veces la cantidad de escorrentía generada por un bosque típico del mismo tamaño. [54] 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 . [55]
En un intento de contrarrestar los efectos negativos del hormigón impermeable, muchos nuevos proyectos de pavimentación han comenzado a utilizar hormigón permeable , que proporciona un nivel de gestión automática de las aguas pluviales. El hormigón permeable se crea mediante la colocación cuidadosa de hormigón con proporciones de agregado diseñadas específicamente, lo que permite que la escorrentía superficial se filtre y regrese al agua subterránea. Esto evita las inundaciones y contribuye a la reposición de las aguas subterráneas. [56] Si se diseñan y se colocan correctamente, el hormigón permeable y otras áreas pavimentadas discretamente también pueden funcionar como un filtro de agua automático al evitar que ciertas sustancias dañinas como aceites y otros productos químicos pasen a través de él. [57] Desafortunadamente, todavía existen desventajas en las aplicaciones a gran escala del hormigón permeable: su resistencia reducida en relación con el hormigón convencional limita su uso a áreas de baja carga, y debe colocarse correctamente para reducir la susceptibilidad a los daños por congelación y descongelación y la acumulación de sedimentos. [56]
Tanto el hormigón como el asfalto son los principales contribuyentes a lo que se conoce como el efecto de isla de calor urbana . [25] Según el Departamento de Asuntos Económicos y Sociales de las Naciones Unidas, el 55% de la población mundial reside en áreas urbanas y se prevé que el 68% de la población mundial sea urbana en 2050; además, "se prevé que el mundo añada 230 mil millones de m2 (2,5 billones de ft2) de edificios en 2060, o un área igual a todo el parque inmobiliario mundial actual. Esto es el equivalente a añadir una ciudad de Nueva York entera al planeta cada 34 días durante los próximos 40 años". [58] Como resultado, las superficies pavimentadas representan una preocupación importante debido al consumo adicional de energía y la contaminación del aire que causan. [59]
El potencial de ahorro energético en una zona también es alto. Con temperaturas más bajas, la demanda de aire acondicionado disminuye teóricamente, lo que permite ahorrar energía. Sin embargo, las investigaciones sobre la interacción entre los pavimentos reflectantes y los edificios han demostrado que, a menos que los edificios cercanos estén equipados con vidrio reflectante, la radiación solar reflejada en los pavimentos puede aumentar las temperaturas de los edificios, lo que aumenta la demanda de aire acondicionado. [60]
Además, la transferencia de calor de los pavimentos, que cubren aproximadamente un tercio de una ciudad típica de los EE. UU., [3] también puede influir en las temperaturas locales y la calidad del aire. Las superficies calientes calientan el aire de la ciudad a través de la convección, por lo que el uso de materiales que absorben menos energía solar, como los pavimentos de alto albedo , puede reducir el flujo de calor hacia el entorno urbano y moderar la UHIE. [61] Los albedos varían de aproximadamente 0,05 a aproximadamente 0,35 para las superficies de materiales de pavimento que se utilizan actualmente. A lo largo de 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 [62].
El Design Trust for Public Space descubrió que, si se aumentaba ligeramente el valor del albedo en la ciudad de Nueva York, se podrían lograr efectos beneficiosos, como ahorros de energía, [63] 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 color claro, ya que estarán más frías debido a la menor energía absorbida por la menor cantidad de luz solar en invierno. [64]
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, particularmente durante las olas de calor. [65] 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 de alto albedo en la ciudad de Milán, en el norte de Italia. Al calcular 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 ubicaron altas cantidades de materiales de alto albedo. Se descubrió que el uso de materiales de alto albedo "conduce al establecimiento de múltiples interreflexiones y un 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 del MOCI que en las horas de la tarde puede incluso alcanzar 0,45 unidades". [66]
Las configuraciones urbanas generales deben seguir siendo un factor 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 de alto albedo en un entorno urbano puede tener un efecto positivo con una combinación adecuada de otras tecnologías y estrategias, 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 la vida silvestre. [67]
La manipulación del hormigón húmedo debe realizarse siempre 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 del cemento es altamente alcalino debido a la presencia de hidróxidos de potasio y sodio libres en solución (pH ~ 13,5). Los ojos, las manos y los pies deben protegerse correctamente para evitar cualquier contacto directo con el hormigón húmedo y lavarse sin demora si es necesario.
El reciclaje de hormigón es un método cada vez más común para desechar estructuras de hormigón. Antes, los escombros de hormigón se enviaban rutinariamente a vertederos para su eliminación, pero el reciclaje está aumentando debido a una mayor conciencia ambiental, leyes gubernamentales y beneficios económicos.
El hormigón, que debe estar libre de basura, madera, papel y otros materiales similares, se recoge de los lugares de demolición y se pasa por una máquina trituradora , a menudo junto con asfalto , ladrillos y rocas.
El hormigón armado contiene varillas de refuerzo y otros refuerzos metálicos, que se retiran con imanes y se reciclan en otro lugar. Los trozos de áridos restantes se clasifican por tamaño. Los trozos más grandes pueden pasar por la trituradora de nuevo. Los trozos más pequeños de hormigón se utilizan como grava para nuevos proyectos de construcción. La grava de base de áridos se coloca como la capa más baja de una carretera, con hormigón fresco o asfalto colocado encima. El hormigón reciclado triturado a veces se puede utilizar como árido seco para hormigón nuevo si está libre de contaminantes, aunque el uso de hormigón reciclado limita la resistencia y no está permitido en muchas jurisdicciones. El 3 de marzo de 1983, un equipo de investigación financiado por el gobierno (el VIRL research.codep) [ cita requerida ] calculó que casi el 17% de los vertederos mundiales eran subproductos de residuos a base de hormigón .
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