Considerar e incorporar análisis del ciclo de vida útil del hormigón para el desarrollo de infraestructura no sólo resulta beneficioso para conocer el comportamiento y desempeño que tendrá la obra. Además, permitirá establecer parámetros respecto a puntos esenciales como la sostenibilidad del proceso constructivo en sí mismo. En este artículo, publicado originalmente por el Centro de Innovación del Hormigón UC, se establecen ciertas pautas a considerar para un análisis del ciclo de vida del cemento y del hormigón que consideran varios aspectos clave.
Fuente: Centro de Innovación del Hormigón UC
Ed. Periodística: Felipe Kraljevich M.
El hormigón es el material de construcción más utilizado a nivel mundial gracias a su durabilidad y resistencia, características que lo convierten en la principal opción para grandes infraestructuras como puentes, túneles y rascacielos. Sin embargo, para mejorar su desempeño y reducir los impactos ambientales asociados a su uso, es fundamental realizar un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) del cemento y el hormigón.
Esta metodología permite evaluar el impacto ambiental de estos materiales desde la extracción de materias primas para su producción hasta los nuevos ciclos de vida que pueden generarse al final de su primera vida útil.
En este contexto, los académicos Mauricio Pradena, de la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño de la Universidad San Sebastián de Chile, y Cristián Calvo, de la Facultad de Arquitectura, Diseño y Estudios Urbanos de la Pontificia Universidad Católica de Chile, realizaron un análisis para determinar los elementos clave para ejecutar un ACV del cemento y el hormigón, considerando los desafíos, brechas y oportunidades que se encuentran presentes dentro del contexto local.
El ACV no sólo identifica oportunidades para reducir la huella de carbono en la producción de cemento y de hormigón, sino que también contribuye a mejorar la sostenibilidad y productividad del hormigón mediante decisiones operativas y de diseño que extiendan su vida útil, respondan a las necesidades sociales y valoricen los residuos. En este sentido, es crucial encontrar un equilibrio: por un lado, implementar iniciativas como el uso de áridos reciclados o la sustitución de materias primas por residuos industriales, y por otro, optimizar las propiedades del cemento y el hormigón sin comprometer su desempeño estructural ni sus características esenciales.
“El Análisis de Ciclo de Vida es una herramienta muy poderosa para tomar decisiones y comparar alternativas, no solo desde el punto de vista técnico, sino también ambiental”, afirmó en ese sentido Mauricio Pradena, profesor asistente en la Facultad de Ingeniería, Arquitectura y Diseño de la Universidad San Sebastián (USS).
Las cuatro etapas del ACV del hormigón
La asociación Concrete NZ, cuyo fin es promover el uso del hormigón como material constructivo resiliente y sostenible en Nueva Zelanda, presentó un gráfico que analiza el impacto del hormigón en el país de Oceanía, denominado como “Concrete NZ Building Resilience”. En esta diagrama, el ACV del hormigón se divide en cuatro etapas principales:
1. Extracción y procesos constructivos (A1 – A5)
Esta etapa abarca desde la selección de materias primas hasta la fabricación del hormigón. Incluye el uso de áridos naturales, materiales cementicios suplementarios (MCSs), áridos artificiales o reciclados, transporte, fabricación del cemento, uso de aditivos, diseño de mezclas, reutilización del agua, hormigones de retorno y construcción con hormigón.
Es la etapa con mayor cantidad de decisiones, ya que determina la vida útil del material, su desempeño estructural y su viabilidad para extender su ciclo de vida. Por ello, es esencial explorar alternativas sostenibles que incluyan nuevas tecnologías para mejorar el desempeño y minimizar el impacto ambiental, adaptándose a los requerimientos de cada proyecto. La incorporación de investigación, desarrollo e innovación (I+D+i) desde el inicio de los proyectos es clave para un diseño y planificación más sostenibles.
2. Utilización del entorno construido (B)
En esta etapa se evalúa el uso de la infraestructura, su mantenimiento, reparación, reemplazo y remodelación, así como el uso de agua y energía necesarios para su operación. Si bien es el periodo que presenta menor cantidad de emisiones de carbono a lo largo del ciclo de vida útil del hormigón, el impacto ambiental depende en gran medida de la manera en que se utiliza la infraestructura.
En ese sentido, las decisiones tomadas antes de la construcción determinarán el tiempo de vida útil que tenga. Las estrategias de reparación y mantenimiento estructural son fundamentales para extender la vida útil del hormigón.
3. Final de la vida útil (C1 – C4)
Cuando la infraestructura de hormigón llega al final de su vida útil, se inicia la etapa de demolición y deconstrucción, que incluye el traslado y procesamiento de los residuos. En la mayoría de los casos, el hormigón se convierte en escombros. Sin embargo, se han desarrollado procesos que permiten recuperar el hormigón como áridos reciclados, lo que determina su nueva utilidad y extender su ciclo de vida.
4. Beneficios más allá de los límites del sistema
Esta etapa contempla conceptos como la reutilización, reciclaje y revalorización del hormigón desechado. Uno de los principales desafíos es implementar un adecuado proceso de acopio de materiales de demolición, evitando su contaminación con otros residuos. Esto facilita la separación del hormigón según sus características, maximizando su reutilización.
En Chile, se han dado pasos hacia la incorporación de áridos reciclados en pavimentos de hormigón y bases de pavimentos asfálticos. Sin embargo, es necesario avanzar en investigaciones que evalúen su comportamiento estructural para aplicarlos en otros tipos de infraestructuras.
Desarrollo de un sistema de evaluación ambiental
Cristián Calvo, Doctor en Ciencia e Ingeniería Arquitectónica del ETH Zürich y académico de la Pontificia Universidad Católica de Chile, propuso utilizar el Framework Brightway LCA para realizar un ACV del cemento y el hormigón, considerando todos los impactos ambientales asociados a cada etapa del ciclo de vida. Así, este enfoque permite tomar decisiones informadas en temas de sostenibilidad.
La metodología incluye indicadores cualitativos y cuantitativos para identificar puntos críticos en el impacto ambiental de las estructuras, abarcando la producción de materiales, transporte, construcción, uso y disposición final. Entre las variables a estudiar en este análisis se encuentran la huella de carbono, toxicidad para los humanos, uso de agua, embalaje, flujo de materiales, distancia territorial y riesgos asociados.
A través de esta metodología, el proyecto Semilla CIH UC 2024, liderado por el profesor Calvo, busca realizar un acercamiento general al ACV del cemento y el hormigón desde una perspectiva local chilena, identificando de esta forma los aspectos fundamentales que se deben tener en consideración para evaluar el impacto ambiental de los proyectos de construcción con hormigón.
Puntos clave del ACV del hormigón
De acuerdo con los académicos, cada etapa del ACV del hormigón tiene un impacto significativo en la reducción de la huella de carbono y, con ello, en el impacto ambiental del material. Sin embargo, explican, es en la etapa de extracción y procesos constructivos presenta los mayores desafíos y oportunidades, ya que ahí se establece la base para el resto del ciclo de vida del hormigón.
“Considero que un análisis a nivel sistémico, como país, es más complejo porque involucra industrias, actores gubernamentales y otros factores que no dependen de un solo ente. Chile ha intentado abordar estas temáticas, pero muchas veces la continuidad se pierde. Por otro lado, un enfoque más específico y aterrizado, como el análisis de soluciones concretas, puede marcar una diferencia significativa. Ahí es donde veo mayor potencial, aunque ambos enfoques son necesarios. Es importante concentrarse en lo que se puede hacer directamente, para obtener un resultado más productivo”, aseveró en ese sentido el profesor Mauricio Pradena.
1. Extracción, reemplazo y transporte de materias primas
El uso de recursos locales reduce la necesidad de transporte, energía y costos asociados. En ese aspecto, la industria nacional ha llevado a cabo diversas investigaciones para evaluar el comportamiento de distintos residuos como reemplazo de áridos naturales, además de analizar materiales cementicios suplementarios como reemplazo parcial del cemento. Entre estos, cabe mencionar los estudios en relaves mineros, escorias de cobre y cenizas volantes, tanto de biomasa como de centrales termoeléctricas, entre otros elementos que ya valorizados y que serían alternativas a, por ejemplo, las puzolanas.
Incorporar estos materiales fortalece un ecosistema de economía circular en la industria y amplía las opciones de hormigones disponibles.
“Desde el proceso de producción es posible obtener datos precisos; sin embargo, evaluar el impacto ambiental asociado a la extracción de la materia prima resulta más complejo. Lo mismo sucede con la energía, ya que es necesario evaluar qué tan renovable es la fuente utilizada, considerando que, en muchos casos, se emplean combustibles fósiles. También es fundamental entender el flujo de materiales y su funcionamiento, como ocurre cuando el cemento disponible en un sector proviene de un competidor”, comentó el profesor Cristian Calvo.
En esa misma línea, agrega que el contexto geográfico también influye en la calidad y factibilidad de las materias primas. “Es fundamental considerar la distancia territorial, dónde están ubicadas las plantas cementeras en Chile, de dónde se extraen los áridos, el agua, y cómo sale el agua del sistema después de ser utilizada. ¿De dónde obtenemos el Clinker?”, agregó.
Por ejemplo, en el norte de Chile, el agua mineralizada afecta el desempeño del hormigón, lo que incrementa los costos de producción. La búsqueda de alternativas genera un incremento en los costos de producción, lo que también impacta en el análisis del ciclo de vida del hormigón.
Factor Clinker y uso energético
El Clínker es la materia esencial para producir cemento. La realidad nacional evidencia que gran parte del Clínker que se utiliza en las plantas es importado desde otros países, por lo que resulta complejo saber a ciencia cierta los datos asociados al impacto ambiental que genera su producción.
Lo que sí se conoce -y está ampliamente estudiado- es que en la producción del Clínker es donde se concentra la mayor cantidad de emisiones de Gases de Efecto Invernadero (GEI) ya que los hornos donde se calcina la piedra caliza -materia prima para fabrical el Clínker- necesitan generan altas temperaturas, siendo su consumo de combustible fósil extremadamente intensivo.
Recurso hídrico
Tomando en cuenta que el agua se encuentra presente en, prácticamente, todo el ciclo productivo del hormigón no es menor decir que la huella hídrica del material adquiere una gran relevancia. Para el desarrollo de un ACV completo, debe conocerse el impacto hídrico que genera todo el proceso productivo, desde la extracción de áridos naturales en las riberas de los ríos, el agua que se utilice en la producción de energía para la fabricación del hormigón y el transporte.
En este sentido, también se deben sumar los análisis de ciclos de vidas pertenecientes a otras industrias, para de esta forma, saber de qué manera se dispone del recurso hídrico una vez que ya se ha utilizado y si es posible revalorizarlo. Dentro de este análisis, también se debe considerar el agua que se utiliza, por ejemplo, en el diseño de mezcla de los hormigones, los procesos de curado, entre otras etapas.
“Lo importante de un Análisis de Ciclo de Vida es poder visualizar dónde están los puntos débiles del sistema. Es crucial también incorporar en el análisis el contexto y la calidad de la información disponible. ¿La información disponible en un contexto determinado ha sido medida y comprobada o se basa en estimaciones? Es fundamental evaluar la antigüedad de los datos, su grado de completitud y si su alcance es local o general”, dijo Cristian Calvo, de la Universidad Católica.
2. Diseño, durabilidad y productividad
Un diseño adecuado puede extender la vida útil del hormigón a 80 o incluso 100 años, evitando escombros innecesarios y pérdidas económicas. En ese sentido, el profesor Pardena enfatizó que “el hormigón tiene un enorme potencial para diseños inteligentes por etapas”.
En ese sentido, es primordial que el sector aborde los desafíos actuales en materia de sostenibilidad y, de acuerdo con Pradena, “con un diseño adecuado, el hormigón puede aprovechar su capacidad estructural incluso con una segunda o tercera vida útil, evitando escombros innecesarios y pérdidas económicas”.
Así, al abordar el diseño del proyecto con enfoque a largo plazo, se puede avanzar en soluciones más sostenibles y efectivas, mejorando las ventajas que tiene el hormigón, las que son conocidas y se encuentran probadas tanto en nuestro país como en otras latitudes.
Existen varias innovaciones que permiten, a través de un diseño óptimo, mejorar la durabilidad e incrementar la productividad de un proyecto en concordancia a sus necesidades específicas. Por ejemplo, está el uso de mallas de acero electrosoldadas, de fibras, sean estas sintéticas o de acero, de enfierradura convencional o de alta resistencia, la aplicación de aditivos, la incorporación de prefabricados de hormigón en los proyectos, el uso de hormigones autocompactantes, shotcrete, entre otros.
También, el mundo de la arquitectura puede contribuir en este aspecto. el académico y arquitecto Cristián Calvo destaca el uso de moldajes capaces de dar forma a estructuras óptimas, lo que permite que, gracias a un diseño más desarrollado, el uso del hormigón sea más eficaz. En esa misma línea, la incorporación de tecnologías como la impresión 3D permiten la creación de geometrías complejas, disminuyendo los residuos e impulsando, nuevamente, la eficiencia tanto en el uso del material como en el proceso constructivo.
Los moldajes flexibles con geotextiles, técnica que utiliza la arquitecta y artista visual Victoria Jolly Mujica, también son elementos que permiten que el hormigón logre formas de geometrías complejas, las que posteriormente pueden incluirse en proyectos de acuerdo con necesidades estructurales específicas.
Los avances tecnológicos y la incorporación de estos en el sector, brinda una oportunidad única a la industria para continuar los procesos de mejora continua en el desarrollo de estándares constructivos, los que abarcan áreas como la propia manifactura de los elementos, la productividad y la seguridad en obra. De esta forma, se podrá garantizar el correcto desempeño de una estructura a lo largo de todo el ciclo de vida útil del hormigón.
3.- Recarbonatación y valorización de residuos
La industria del cemento y del hormigón lleva instaurando numerosas mejoras para reducir sus impactos ambientales, contribuyendo en la mitigación de los efectos del cambio climático. Entre estas medidas, el potenciar el proceso de recarbonatación de los hormigones mediante nuevos diseños de mezcla del material es uno de los elementos clave para alcanzar los objetivos de reducción que el mismo sector se propuso lograr.
¿Qué es la recarbonatación? Se trata de un proceso natural del hormigón en el que el material, ya endurecido, absorbe el CO2 existente en la atmósfera, capturándolo en su interior. Este fenómeno, que puede afectar la durabilidad del material debido a su afectación al acero de la enfierradura del del hormigón armado, debido a que el dióxido de carbono y los cloruros actúan como agentes agresivos con el acero, también es uno de los puntos clave para que incrementar la sostenibilidad del material. Por lo mismo, la recarbonatación forma parte de las estrategias de sostenibilidad de la industria, buscando mejorarlo a través del desarrollo en laboratorio.
Actualmente, en Chile, la académica Viviana Letelier, de la Universidad de la Frontera, lidera una investigación en para incluir este proceso en áridos reciclados, con la finalidad de incrementar la vida útil de estos y así, permitir que el material participe en nuevos ciclos productivos.
ACV: Avance hacia una construcción más sostenible
El ACV del hormigón representa una herramienta fundamental para avanzar hacia una construcción más sostenible. Su implementación requiere la colaboración entre academia, sector público y privado, permitiendo decisiones constructivas más eficientes y conscientes con el medio ambiente.
En ese sentido, implementar análisis del tipo ACV de manera integral para el cemento y el hormigón es un desafío esencial para el desarrollo sostenible de la industria de la construcción en Chile. Este enfoque no sólo reduce los impactos ambientales, sino que también optimiza el diseño, los costos y la vida útil de las infraestructuras.
