Un interesante proyecto, desarrollado por académicos de la Universidad de Concepción, incorpora un particular tipo de fibra al hormigón para incrementar su vida útil, especialmente en ambientes costeros, donde el material se ve afectado por patologías provocadas por el ataque de cloruros. El estudio incorporó el modelo de Análisis de Ciclo de Vida (ACV) desarrollado por investigadores del Centro de Innovación del Hormigón UC para analizar las prestaciones de este tipo de fibra, con interesantes resultados.
Fuente: Centro de Innovación del Hormigón UC
Chile es un país marítimo. Con 6.435 kilómetros de costa en línea recta y 83.500 kilómetros de costa incorporando su vasta geografía como fiordos, golfos e islas, Chile cuenta con una amplia presencia en infraestructura portuaria principalmente construida en hormigón. Si bien este material ofrece gran durabilidad y resistencia, su comportamiento frente al ambiente marino se ha convertido en un desafío técnico y económico crucial.
La exposición permanente a cloruros, la corrosión de armaduras y los altos costos asociados al mantenimiento hacen urgente la búsqueda de soluciones más sostenibles y durables. En este contexto, el proyecto FONDEF ID23I10431: “Transformación de sacos de cemento postconsumo en un aditivo para mejorar la durabilidad-sustentabilidad de hormigones”, dirigido por el académico Juan Pedro Elissetche de la Universidad de Concepción junto con el apoyo del UDT (Unidad de Desarrollo Tecnológico UdeC), establece un precedente significativo.
El estudio contó además con el apoyo del asesor de Análisis de Ciclo de Vida, Mauricio Pradena, académico de la Universidad San Sebastián y miembro asociado del Centro de Innovación del Hormigón UC (CIH UC). El proyecto evaluó, mediante un completo Análisis de Ciclo de Vida (ACV), de qué manera la incorporación de microfibras de celulosa (MFC) -tanto de fuentes vírgenes como de ciertos sacos de cemento postconsumo- puede mejorar de forma sustancial la durabilidad del hormigón, especialmente en infraestructura portuaria expuesta a cloruros.
Curado interno y control del microfisuramiento: la base de una mayor durabilidad
Las MFC actúan directamente en la microestructura del hormigón, aportando mecanismos que fortalecen su resistencia al deterioro marino, además de otros beneficios como los siguientes:
- Curado interno eficiente: gracias a su naturaleza hidrofílica, las MFC retienen y liberan agua de forma controlada durante la hidratación del cemento. Esto produce una matriz más densa, disminuye la retracción autógena y reduce la formación de microfisuras.
- Efecto puente: la presencia de las fibras genera un mecanismo cierto efecto de puente que restringe el microagrietamiento y limita las vías de ingreso de cloruros, principal agente responsable de la corrosión del acero en zonas costeras. Si bien su principal efecto es preventivo, en caso de generarse las microfibras, existe esta segunda fase que permite extender la vida útil del hormigón.
Estos efectos combinados permiten que el hormigón mantenga su integridad por más tiempo y reduce la frecuencia de mantenciones a lo largo de su vida útil, lo que se traduce en una reducción importante de costos y recursos.
Un ACV aplicado a la realidad portuaria chilena
El estudio modeló losas y pilotes representativos de un muelle promedio del país, considerando:
- Una vida útil de 60 años.
- Diversas estrategias reales de mantenimiento utilizadas en la industria portuaria.
- Escenarios con distintos niveles de deterioro.
- Frecuencias de intervención que variaron entre 15, 25, 30, 40, 45 y 50 años.
Además, los análisis se realizaron bajo un enfoque comparativo y conservador, contrastando hormigones con y sin adición de MFC para evaluar el verdadero alcance del beneficio en términos de durabilidad y reducción del impacto ambiental. Los resultados fueron consistentes en todas las etapas evaluadas: las estructuras con MFC presentaron menores emisiones de carbono y menor consumo de materiales durante su ciclo de vida.
Reducción de emisiones: dónde se observa el mayor beneficio
El factor decisivo es el menor requerimiento de mantenimiento gracias al uso de MFC. Al reducir fisuración, retracción y penetración de cloruros, las estructuras demandan menos mantenciones, reparaciones y rehabilitaciones, y por lo tanto menos hormigón, acero, mano de obra, transporte y energía. Los mayores beneficios ambientales se observaron en los siguientes escenarios:
1. Mantenimientos frecuentes (cada 15 años). En el caso de losas, se observó una reducción del impacto asociado al fenómeno del calentamiento global entre un 23% y 53%. Por su parte, los pilotes presentaron reducciones entre un 28% y 55%. De esta forma, mientras mayor sea la frecuencia normal de mantenimiento, mayor será el ahorro al evitar esas intervenciones gracias a la mayor durabilidad proporcionada por las MFC.
2. Reemplazo de intervenciones intensivas por reparaciones menores. En pilotes -que tienen un volumen de materiales muy superior al de las losas- los beneficios son especialmente notorios. Al comparar una reparación importante como el encamisado de hormigón con la alternativa reducida posible en pilotes con MFC, se observaron reducciones en emisiones entre 48% y 68%.
3. Ambientes con alto nivel de deterioro por cloruros. El control del microfisuramiento y la densificación de la matriz disminuyen la velocidad de penetración de cloruros, extendiendo la vida útil de la estructura y reduciendo significativamente la necesidad de reposición de materiales, que es la principal fuente de huella de carbono en el ciclo de vida de un muelle.
Factores ambientales asociados
El ACV del proyecto evaluó múltiples categorías de impacto ambiental, incluyendo calentamiento global, acidificación, eutrofización, ecotoxicidad, formación de smog, agotamiento de combustibles fósiles, efectos respiratorios, agotamiento de la capa de ozono, y efectos carcinogénicos y no carcinogénicos.
En todas estas categorías, el uso de MFC evidenció beneficios derivados principalmente de la reducción del número y magnitud de las intervenciones de mantenimiento. Los mayores impactos evitados se concentran en los escenarios con altas frecuencias de mantenimiento y en estructuras portuarias de mayor volumen como pilotes. La reducción de reparaciones evita la producción adicional de clínker, acero y transporte, procesos que son los principales contribuyentes a categorías como calentamiento global, agotamiento de combustibles fósiles y efectos respiratorios.
Asimismo, al disminuir el uso repetitivo de materiales y energía, también se observan mejoras en acidificación, eutrofización y ecotoxicidad, categorías sensibles a actividades industriales y emisiones asociadas a la cadena de suministro.
En los casos donde las MFC permiten reemplazar grandes rehabilitaciones por intervenciones menores -o incluso, evitar reparaciones- se alcanzan los beneficios ambientales más significativos. En pilotes sometidos a mantenimientos intensivos, por ejemplo, las reducciones llegan hasta un 68% en las categorías más influenciadas por el consumo de materiales, particularmente en calentamiento global, agotamiento de combustibles fósiles y formación de smog, todas asociadas al transporte, fabricación y manipulación de grandes volúmenes de hormigón.
Por otro lado, los beneficios en categorías como impactos carcinogénicos y no carcinogénicos provienen de la disminución de emisiones indirectas en etapas vinculadas a la producción de insumos y al uso de maquinaria.
En síntesis, los factores ambientales evaluados en el ACV muestran que la verdadera ganancia ambiental del uso de MFC radica en su capacidad para extender la vida útil, reducir la necesidad de materiales nuevos y evitar procesos intensivos en energía. Por ello, los mayores beneficios se concentran en estructuras expuestas a cloruros, con potencial de corrosión acelerada, donde la MFC actúa como un mecanismo de prevención que evita impactos acumulativos en todas las categorías analizadas.
Un impacto estratégico para Chile
Las conclusiones del proyecto son especialmente relevantes para el país: Chile depende de una vasta infraestructura portuaria, altamente expuesta a cloruros; Los costos de reparación y rehabilitación en ambientes marinos son elevados y recurrentes; La industria del cemento y los agregados es un contribuyente significativo a las emisiones del sector construcción.
Incorporar MFC desde la etapa de diseño permite:
- Extender la vida útil de los puertos mediante mejoras demostradas en durabilidad.
- Reducir de forma importante la huella ambiental, especialmente en escenarios de alta demanda de mantenimiento.
- Disminuir costos de operación, al extender los ciclos de mantención y reparación, además de evitar rehabilitaciones intensivas.
- Mejorar la productividad, ya que las reparaciones y rehabilitaciones en muelles son complejas y costosas, e interrumpen la normal operación de dichos puertos afectando productividad. Evitarlas, implica evitar interrupciones.
- Fortalecer la sostenibilidad, integrando un material que aporta beneficios estructurales y ambientales sin cambios disruptivos en los procesos constructivos.
“Si bien el proyecto se centra en un ACV que incorpora las MFC desde la etapa de diseño, está la posibilidad a futuro de desarrollar morteros que permitan realizar mantenciones, reparaciones y rehabilitaciones, pensando en los puertos ya existentes, lo que permitiría extender su vida útil y reducir el impacto del deterioro y reconstrucción de estos”, puntualizó Mauricio Pradena, académico de la Universidad San Sebastián y miembro asociado del CIH UC.
Hacia puertos más resilientes y sostenibles
Los primeros ensayos del proyecto FONDEF ID23I10431 demuestran que la incorporación de MFC en hormigones no sólo es una innovación tecnológica, sino también una estrategia concreta para dotar a Chile de infraestructura más resiliente, económica y ambientalmente responsable.
En un país cuya economía mira hacia el mar, este tipo de avances permite proyectar un futuro en el que la durabilidad y la sostenibilidad del hormigón sean parte fundamental del diseño de sus puertos.
