Espinoza Flores Milton Roberto

Facultad de Ingeniería Civil, Universidad Autónoma de Nuevo León, Ciudad Universitaria s/n San Nicolás de los Garza, Nuevo León, México.

ECO-MATERIALESEN BUSCA DE UNA

VIDA SUSTENTABLE

PRÓLOGO

Tengo el enorme agrado de dirigirme a ustedes por medio del presente texto

técnico, cuya información contenida, es una obra que presenta recopilaciones, y

experiencias de técnicos especializados en el área de eco-materiales para la

construcción, de una vida sustentable, con el cual se pretende concientizar a la

sociedad, para promover la infraestructura sustentable y el cuidado del medio

ambiente.

Espero que sirva de ayuda, para todos aquellos compañeros y colegas

estudiantes, que estén interesados en este tema, que sin duda alguna es de suma

importancia para nuestro desarrollo y nuestra calidad de vida, o dicho en otras

palabras, el futuro que pretendemos dejarle a nuestros hijos e hijas, ya que lo que

hagamos en este momento, tendrá una consecuencia a corto, mediano y largo

plazo.

1

RESUMENA largo que el hombre se ha ido desarrollando social y mundial por el que ha

transitado el hombre, se ha visto afectada la madre naturaleza, debido al

crecimiento acelerado de la infraestructura, y el conflicto que se vive con el medio

ambiente día con día, no debería ser una guerra constante, al contrario se debe de

conseguir trabajar en conjunto.

Particularmente en México, hay carencia en la educación sustentable en todos los

niveles educativos, por lo cual se busca implementar una lucha en contra del mal

uso de los recursos, tanto renovables, como no renovables, con los cuales cuenta

el país. En el presente texto hablaremos de distintos recursos que son

implementados en la construcción de obras de infraestructura y como pueden ser

remplazados por materiales sustentables (eco-materiales).

2

ABSTRACTA long that man has developed social and global for which he has traveled man

has been affected mother nature, due to the accelerated infrastructure growth and

the ongoing conflict with the environment every day, should not be a constant war,

contrary must work together to achieve.

Particularly in Mexico, there is a lack in sustainable education at all educational

levels, which seeks to implement a struggle against the misuse of resources, both

renewable and non-renewable, with which the country has. In this text we will

discuss different resources that are implemented in the construction of

infrastructure and how they can be replaced with sustainable materials (eco-

materials).

3

ContenidoPRÓLOGO...........................................................................................................................................1

RESUMEN...........................................................................................................................................2

ABSTRACT...........................................................................................................................................3

Índice..................................................................................................................................................6

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................8

CAPÍTULO I.- EL CONCRETO COMO PRINCIPAL MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.................................9

Proceso de fabricación del cemento portland..............................................................................10

Principales propiedades del cemento.........................................................................................11

Beneficios al utilizar un eco-cemento...........................................................................................12

CAPÍTULO II.- LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN........................................................................12

El uso del agua en la industria de la construcción......................................................................13

CAPÍTULO III.- DISEÑO DE REDES HIDRÁULICAS SUSTENTABLES......................................................15

3.1 Cambio de enfoque...............................................................................................................17

CAPÍTULO IV.- CONSERVACIÓN DE SUELOS......................................................................................18

Magnitud y causas de degradación de los recursos naturales.....................................................18

Concepto de desarrollo sustentable.............................................................................................19

El suelo y su conservación en la sustentabilidad ambiental......................................................20

Acciones que se deben impulsar para el desarrollo sustentable..................................................20

Infraestructura sustentable..........................................................................................................20

CAPÍTULO V.- DURABILIDAD DE INFRAESTRUCTURA A PARTIR DE ECO-MATERIALES......................22

¿Cómo incrementar la vida útil de las estructuras sin un costo excesivo?.................................23

Durabilidad e infraestructura......................................................................................................23

Normatividad a la durabilidad......................................................................................................27

Impacto socioeconómico de la durabilidad del concreto.............................................................27

Corrosión......................................................................................................................................27

Diseño por durabilidad.................................................................................................................28

CAPÍTULO VI.- RETOS DE INFRAESTRUCTURA SUSTENTABLE...........................................................31

Desarrollo tecnológico.................................................................................................................31

Control de calidad........................................................................................................................32

4

Economía de recursos..................................................................................................................32

Reducir el impacto ambiental......................................................................................................33

Impacto ambiental generado por la producción de concreto......................................................34

CONCLUSIÓN....................................................................................................................................36

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................37

GLOSARIO.........................................................................................................................................38

5

Índice

INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................8

CAPÍTULO I.- EL CONCRETO COMO PRINCIPAL MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN.................................9

Proceso de fabricación del cemento portland..............................................................................10

Principales propiedades del cemento.........................................................................................11

Beneficios al utilizar un eco-cemento...........................................................................................12

CAPÍTULO II.- LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN........................................................................12

El uso del agua en la industria de la construcción......................................................................13

CAPÍTULO III.- DISEÑO DE REDES HIDRÁULICAS SUSTENTABLES......................................................15

3.1 Cambio de enfoque...............................................................................................................17

CAPÍTULO IV.- CONSERVACIÓN DE SUELOS......................................................................................18

Magnitud y causas de degradación de los recursos naturales.....................................................18

Concepto de desarrollo sustentable.............................................................................................19

El suelo y su conservación en la sustentabilidad ambiental......................................................20

Acciones que se deben impulsar para el desarrollo sustentable..................................................20

Infraestructura sustentable..........................................................................................................20

CAPÍTULO V.- DURABILIDAD DE INFRAESTRUCTURA A PARTIR DE ECO-MATERIALES......................22

¿Cómo incrementar la vida útil de las estructuras sin un costo excesivo?.................................23

Durabilidad e infraestructura......................................................................................................23

Normatividad a la durabilidad......................................................................................................27

Impacto socioeconómico de la durabilidad del concreto.............................................................27

Corrosión......................................................................................................................................27

Diseño por durabilidad.................................................................................................................28

CAPÍTULO VI.- RETOS DE INFRAESTRUCTURA SUSTENTABLE...........................................................31

Desarrollo tecnológico.................................................................................................................31

Control de calidad........................................................................................................................32

Economía de recursos..................................................................................................................32

Reducir el impacto ambiental......................................................................................................33

Impacto ambiental generado por la producción de concreto......................................................34

6

CONCLUSIÓN....................................................................................................................................36

BIBLIOGRAFÍA...................................................................................................................................37

GLOSARIO.........................................................................................................................................38

7

INTRODUCCIÓN

A medida que crece la población desmesuradamente, lo cual resulta

contraproducente para el medio ambiente, ya que con el crecimiento de la

sociedad, hace que crezca la demanda de infraestructura nueva que pueda

responder a las necesidades que demanda el país.

Actualmente las obras de ingeniería civil en México reaccionan intensamente

contra el medio ambiente; incluso algunas obras son las causantes de

contaminaciones ambientales, como: del suelo, agua y aire. Pero no obstante la

aplicación de estas va de la mano con el progreso de pueblos y zonas de escasos

recursos, para lo cual se han tenido que buscar soluciones pertinentes a esta

problemática, por lo cual se ha buscado crear lazos importantes entre la ingeniería

civil y el medio ambiente, creando así la llamada infraestructura sustentable,

creada a partir de eco-materiales, y material reciclado.

Pero esto también representa otra problemática debido a lo antes mencionado,

acerca de la falta de educación, además de otros factores, como lo serían la

economía del país, la falta de tecnología y por supuesto el gobierno mismo. Ya

que gran parte de la inversión y los recursos son proporcionados de los fondos

gubernamentales.

La construcción sustentable sin duda alguna es responsabilidad de la ingeniería

civil, es por eso que para poder crear un menor impacto en el medio ambiente es

de suma importancia, la creación de nuevos materiales que se han sustentables y

reduzcan el impacto ambiental o simplemente reciclar los ya existentes.

8

CAPÍTULO I.- EL CONCRETO COMO PRINCIPAL MATERIAL DE CONSTRUCCIÓN

Actualmente el concreto es el principal material implementado en la construcción,

lo cual representa un gran consumo de Clinker de cemento Portland. Uno de los

principales síntomas de la industria cementera es que genera un enorme gasto de

energía en su fabricación, por ende su costo de fabricación del cemente es

elevado, además de generar excesivas cantidades de CO2, ya que para su

producción necesita 1,23Kw/Kg de energía.

Por lo cual se presenta la necesidad de generar un concreto que reduzca el

impacto ambiental, creado a partir de nuevas materias primas que reduzcan el

consumo de Clinker, aunque esto representa un enorme reto para la ingeniería

civil, debido a que el cemento portland es una mezcla de Clinker más otras

adiciones en diferentes proporciones, las cuales finamente molidas reaccionan

fácilmente con el agua a temperatura ambiente y adquiere una resistencia

mecánica alta, he aquí donde se presenta el problema, un material que sea

sustentable, pero que presente las mismas propiedades mecánicas y la misma

resistencia.

Aunque los eco-materiales son matrices capaces de mejorar el desempeño del

cemento tradicional, utilizando materiales alternativos. La industria cementera se

enfrenta al difícil reto de, dejar de utilizar materias primas vírgenes o reducir el uso

de las mismas, para utilizar otras materias primas.

El agua también juega un papel importantísimo en el ciclo de vida del concreto, ya

que es el principal componente utilizado para su mezcla, he aquí otra problemática

ambiental, el uso y la contaminación del agua.

9

Proceso de fabricación del cemento portland

El proceso de fabricación del Cemento Portland (figura 1.1), consta de cuatro

faces principales, iniciando con la dosificación de materias primas que

normalmente son: Clinker, Yeso y Adición Mineral, el segundo paso es la molienda

de los materiales descritos, seguido por la separación de materiales finos y

gruesos; los finos se almacenan en silos, siendo este el material, el producto final,

llamado cemento portland.

Las materias primas utilizadas principalmente en la elaboración de concreto se

obtienen con la explotación de las montañas, a partir de rocas calizas, es por eso

que la necesidad de crear un eco-cemento, o eco-material es sumamente

demandante, por lo cual se ha dado a la tarea de crear un material, que posea las

mismas características que un cemento portland, pero que esté constituido por

materiales reciclados. Actualmente existe un eco-cemento, creado a partir de

Clinker, yeso y cerámica como adición funcional, lo cual proporciona la misma

resistencia, aunque aún se siguen haciendo ensayes de los materiales

implementados en su elaboración, para poder lograr la mezcla de componentes

perfectos para su optimo desempeño en las obras ingenieriles, esto además de

conseguir que los usuarios que utilicen las obras de infraestructura creadas con

dicho material sean sustentables y duraderas.

10

Principales propiedades del cemento

Una de las principales características que debe cumplir el cemento, es el

fraguado, la resistencia a la compresión y la expansión en autoclave y en

morteros, es de vital importancia, ya que es lo que brinda la seguridad de los

usuarios en este caso la población mexicana.

El fraguado es un proceso físico y químico, que se obtiene debido a la interacción

del agua y el cemento.

Los cementos adicionados con materiales reactivos demuestran un mejor

comportamiento al disminuir los tiempos de fraguado (inicial y final), aumentando

la resistencia a la compresión y reduciendo la expansión del concreto.

La resistencia la compresión, depende de dos factores, la composición química del

cemento y la finura del mismo. La finura es muy importante para el desempeño del

fraguado y de la resistencia a la compresión. Ya que la cinética de la reacción

fenómeno de fraguado es directamente proporcional al tamaño de la partícula.

Beneficios al utilizar un eco-cemento

11

Figura 1.1 proceso de fabricación del cemento portland

El beneficio de utilizar un eco-cemento es, reducir la explotación de las montañas

y el impacto ambiental, y la producción de CO2 producido por su elaboración,

debido al enorme consumo de energía que se utiliza para su elaboración. Además

de brindar mayor higiene en las construcciones y calidad en el oxígeno que se

produce dentro de las edificaciones que utilizan un eco-cemento.

CAPÍTULO II.- LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN

La industria de la construcción sin duda alguna representa una fuente de

crecimiento para un país, ya que debido a que con sus majestuosas obras de

infraestructura se beneficia el crecimiento económico del país, y de las zonas

rurales de los mismos.

La otra parte de todo esto es que para poder llevar a cabo todas estas obras, se

necesita utilizar grandes cantidades de materias primas, que también implican un

elevado consumo de energía, para poder seleccionar los materiales de la más alta

calidad. Aquí también juega un papel importante la construcción de eco-

materiales, ya que con el diseño de materiales ecológicos y rehabilitación de las

edificaciones ya existentes, se podría ayudar a reducir el impacto ambiental. El

uso de las mejoras técnicas disponibles y la innovación ecológica en las plantas

productoras de materiales, sustituyendo el uso de materias primas finitas, en otros

procesos de producción. Esto puede beneficiar a la sociedad, debido a que se

creara un estímulo entre las diferentes plantas encargadas de elaborar los tan

preciados materiales para la construcción, lanzando nuevos y mejores productos

eco- eficientes y fomentar el uso de las declaraciones ambientales de producto

sustentable.

El uso del agua en la industria de la construcción

12

El uso de las aguas mexicanas es otra problemática, que es de vital importancia

para el país, ya que la demanda de su consumo crece a medida que la población

aumenta, no solo para los mexicanos, sino que para el ser humano en general,

debido a sus distintos usos, como lo son: los de uso personal y los de uso en

obras de construcción de infraestructura, producir energía entre otros usos que se

le aplican. Aquí es donde entra la aplicación de recursos que sean sustentables.

Hemos encontrado que el concreto sustentable puede ser aquel que puede

confeccionarse a través de agua de lluvia como una alternativa más para disminuir

el impacto ambiental generado por la industria de la construcción.

Gráfica 1.1

En la gráfica número 1 podemos observar, los distintos rubros y los porcentajes

que se designan, para cada una de las actividades diarias de los mexicanos, el

mayor porcentaje es para el riego en la agricultura, seguido por el uso industrial,

tenemos que buscar mejorar ese número implementando, nuevas técnicas de

almacenamiento y saneamiento, para poder preservar el vital líquido, durante una

mayor cantidad de tiempo.

Los tiempos actuales requieren de una mayor innovación en la captación de aguas

subterráneas, y el cuidado de las mismas, (figura 2), podemos observar la ciudad

del futuro, y lo que demanda las necesidades que pueden presentarse, esto nos

13

ayudara a plantear, las acciones que podemos tomar para reducir el impacto

ambiental que se produzca, en un futuro no muy lejano.

Figura 2.1 Ciudad del futuro el cambio climático

CAPÍTULO III.- DISEÑO DE REDES HIDRÁULICAS SUSTENTABLES

14

Otra de las áreas importantes que puede abarcar la construcción de eco-

materiales, o una vida sustentable, es el diseño óptimo de redes hidráulicas de

abastecimiento de agua. Debido a que cuando en una zona donde existe la

explotación o extracción de agua subterránea, como su zona de influencia o zona

de recarga, delimitadas por los parteaguas de la o las cencas hidrogeológicas que

las contiene. Ya que cuando se urbaniza un entorno natural, se impermeabiliza o

se contamina una parte importante de las superficies mediante; edificaciones,

caminos, aparcamientos, entro otras obras de ingeniería civil. Esto provoca que el

agua que antes se infiltraba, ahora discurra por la superficie, y sea necesario

recolectarla y verterla en un entorno natural en puntos concretos. Como

consecuencia de esta impermeabilización del terreno se altera el ciclo natural del

agua, produciéndose mayores volúmenes de escorrentía y mayores caudales

punta. Además de impedir que la lluvia se infiltre en el terreno y recargue los

mantos acuíferos.

Figura 3.1

15

En la figura 3.1 podemos observar la permeabilidad que tiene el subsuelo virgen, y

cuando ya se tiene una construcción desarrollada.

Mediante la implementación de sistemas urbanos de drenaje sustentable se

pretende que la respuesta hidrológica de una zona urbanizada sea lo más

parecida posible a la que se tenía en su estado original.

A estos inconvenientes hay que añadir la contaminación que se pudre con el

arrastre de las corrientes que se puedan generar, o los contaminantes

suspendidos en el aire, uno de los más conocidos son los fenómenos como la

lluvia ácida y al encontrarse en el suelo vehículos, discurren los derrames de

aceites, gasolina, entro otros residuos, por las actividades industriales se puede

encontrar todo tipo de desechos.

En la figura 3.2 podemos observar cómo es que se filtra la contaminación del

agua en los subsuelos.

Figura 3.2

16

3.1 Cambio de enfoque

Siempre ha intentado recoger toda el agua de la lluvia y a través de superficies

como cuencas y tuberías desalojarla lo más rápido posible.

Ahora la mentalidad es diferente, debido a los diferentes cambios que enfrenta la

sociedad, y uno de ellos es promover el desarrollo sustentable.

Ya que no solo se piensa en la necesidad de evacuar el agua de la lluvia, sino

también la necesidad de hacerlo de una manera racional y de mayor calidad.

17

CAPÍTULO IV.- CONSERVACIÓN DE SUELOS

La fuerte presión ejercida por la creciente población humana sobre los recursos

naturales en los últimos 200 años, está provocando la desertificación de millones

de hectáreas en el mundo, lo que se manifiesta principalmente por la erosión del

suelo. Para hacer frente a este deterioro, la mejor alternativa es utilizar tales

recursos bajo el enfoque del desarrollo sustentable, el cuál además de las

satisfacciones humanas, implica la sustentabilidad ambiental: para poder lograr

esta última, son básicas las medidas y técnicas de conservación del suelo,

además del uso de eco-materiales diseñados para reducir el impacto ambiental y

promover la conservación del suelo. Sin embargo en el caso de México, existen

algunas limitantes sociales, económicas y políticas para poder implementar estas

técnicas de sustentabilidad, primero es necesario eliminar las causas socio-

económicas de la desertificación, una de ellas y la principal es eliminar la pobreza

y cambiar la mentalidad que tenemos los mexicanos decir que es imposible, que

algo tan innovador funcione, impulsar el desarrollo del sector rural y fortalecer una

ética de la tierra, además de tener una fuerte convicción y saber bien hacía donde

se pretende llegar.

Magnitud y causas de degradación de los recursos naturales El deterioro de la tierra o desertificación es el problema ecológico de mayor

importancia en los países en desarrollo, (Duarte, 1990).

Este proceso se define como “la disminución o destrucción del potencial biológico

de los recursos naturales ocasionados por el mal uso y manejo de los mismos, lo

que trae como consecuencia procesos degenerativos del medio físico, económico

y social de las poblaciones involucradas en su entorno” (Ortiz et al., 1994). Sus

18

principales procesos de degradación de la cobertura vegetal, la erosión hídrica y la

eólica, la acumulación excesiva de sales, la degradación física, la química y la

biológica, siendo los dos primeros los más importantes.

La magnitud del problema en México se puede inferir con los datos del Cuadro

1.1, los cuales indican la proporción afectada del país por varios procesos de

desertificación: tan solo la erosión hídrica afecta el 85% del territorio nacional, y se

presenta en todas las regiones del país, aunque con mayor magnitud en aquéllas

de baja precipitación.

Cuadro 1. Magnitud de la desertificación en México.†

Erosión hídrica 85 % Degradación biológica 80 %

Erosión eólica 60 % Lixiviación de bases 15 %

Salinidad 20 % Degradación física 20 %

† Porcentaje del Territorio Nacional afectado por cada proceso.

Cuadro 4.1

Concepto de desarrollo sustentable

De acuerdo con Scarascia (1996), para enfrentar la problemática del deterioro

ambiental, hay que normar las actividades del hombre según los lineamientos del

desarrollo sustentable, instrumento conceptual definido como “el desarrollo en el

cual se satisface las necesidades del presente sin comprometer la habilidad de las

19

futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades” (Nuestro futuro

común: citado por De Graaff, 1993).

Con este enfoque se pretende mejorar la calidad de la vida humana sin rebasar la

capacidad de carga de los ecosistemas que lo sustentan.

El suelo y su conservación en la sustentabilidad ambiental

El punto de partida para el desarrollo sustentable es la productividad de la

naturaleza con sus limitados recursos y la capacidad de absorber los impactos

negativos que se produzcan. Para que una tierra sea productiva, se requiere, entre

otros aspectos, de dos recursos básicos: agua y suelo, los cuales constituyen la

interface entre la atmosfera y la litosfera en la cual se desarrolla la vida en el

planeta tierra ambas son de suma importancia para la vegetación ya que a su vez

sustentan a las demás formas de vida. Cabe enfatizar sobre la importancia de sus

funciones principales son: la producción agrícola y forestal, base, entre otras

cosas como la obtención de alimentos, reserva genética, componente básico para

la estabilidad de los ecosistemas.

Acciones que se deben impulsar para el desarrollo sustentable

Para un efectivo control de la desertificación, más que los efectos, hay que

eliminar las causas que provocan ese deterioro. Por lo tanto, las estrategias

apropiadas deben incluir la identificación de dichas causas, su jerarquización, y la

demostración y determinación de las acciones pertinentes para su control.

Infraestructura sustentable

20

Si bien lo comentamos al inicio del capítulo II, que la industria de la construcción

es de suma importancia para el crecimiento del país. A continuación veremos

algunas acciones o medidas que se han empezado a tomar, para hacer que las

obras ingenieriles muestren una sustentabilidad a futuro. Tanto en la duración de

las obras, con en la reducción del impacto ambiental.

Una herramienta importante para el desarrollo óptimo de edificaciones

sustentables, vías, de comunicación limpias, plantas tratadoras de aguas

residuales con mejores técnicas de almacenamiento y saneamiento de las aguas,

es tener bien en claro que los recursos que se utilizan para llevar a la

implementación dichas obras, es necesario cuidar el agua.

21

CAPÍTULO V.- DURABILIDAD DE INFRAESTRUCTURA A PARTIR DE ECO-MATERIALES

Los daños por la durabilidad en la infraestructura han afectado las estructuras a

base de concreto convencional en su desempeño estructural y en ocasiones,

también tienen repercusiones económicas y por supuesto ambientales, estas dos

repercusiones son puntos clave que se tienen que cuidar o tener en cuenta para

poder determinar la rentabilidad y sustentabilidad de un proyecto. Analizaremos un

las ventajas de aprovechar y aplicar en la práctica constructiva el diseño por

durabilidad de estructuras construidas a base de eco-cemento, entre otras

prácticas de conservación ambiental. El diseño por sustentabilidad es una

herramienta que bien utilizada y con un buen concepto tecnológico bien aplicado

puede conducir a la industria de la construcción a tener un mejor desempeño y

optimización de recursos y materiales durante el siglo XXI, logrando con esto

construir estructuras con mayor vida útil y menores costos de mantenimiento, y un

menor impacto ambiental, todo esto con la finalidad de que la construcción

participe en mayor medida en el desarrollo sustentable de nuestro país.

El concreto elaborado con cemento Portland es un material con una historia

relativamente reciente. Debido a su consistencia rígida, anteriormente se creía que

tenía una larga vida útil; sin embargo, la experiencia ha demostrado que no

siempre es así. Los ejemplos en la construcción de estructuras de concreto con

problemas son abundantes y de diferente naturaleza, éstos se han tenido que

explicar, enfrentar y resolver desde diferentes investigaciones serias, teorías,

formulas, sistemas constructivos, pruebas de laboratorio y campo, todo ello

conlleva a conseguir el objetivo de diagnosticar problemas de durabilidad y

sustentabilidad, además de conocer los factores que en ella intervienen.

22

¿Cómo incrementar la vida útil de las estructuras sin un costo excesivo?

A nivel mundial el concreto es el material más utilizado en la construcción,

gran parte de la infraestructura de los países está elaborada por concreto, lo

cual representa una gran problemática, ya que la explotación de montañas

va en aumento, es por eso que se opta por conseguir nuevos e innovadores

materiales para la construcción, que reduzcan: el impacto ambiental y los

costos de elaboración, y por ende disminuirían los costos en las obras de

infraestructura.

Aquí es donde entra la parte del uso del eco-material, pero sobre todo la del

eco-cemento, que como bien lo comentábamos con anterioridad, está

elaborado igual que el cemento portland, pero con materiales reciclados y

cerámica cocida, lo cual hace que su resistencia sea de mejor calidad y

tenga una mayor durabilidad, lo cual hace de este material un material

sustentable, además de reducir el impacto ambiental producido por el

cemento portland, ya que este genera CO2, el cual crea el efecto

invernadero.

Durabilidad e infraestructura

El diseño de las estructuras de concreto se ha realizado con el criterio de la

resistencia mecánica; gracias a este medio se han logrado tener estructuras

que soportan adecuadamente las cargas de servicio; sin embargo se han

encontrado problemas relacionados con el medio ambiente en el que se

encuentra la estructura. Era inminente investigar las razones del porqué del

deterioro del concreto y solucionar el problema y se plantearon preguntas:

¿Cómo evitar el deterioro del concreto? ¿Cómo eliminar la corrosión?

¿Cómo elaborar un concreto durable? ¿Cómo construir un puente o

23

pavimento que resista las condiciones satisfactoriamente? ¿Cómo evitar

costos de mantenimiento periódicos? Pero sobre todo y lo más importante,

¿Cómo reducir el impacto ambiental? De ahí nace el interés de estudiar la

relación y los factores que interactúan entre el concreto y su entorno; la rama

de la tecnología del concreto que resuelve estas ramas, en conjunto con el

departamento de diseño de eco-materiales son los encargados de buscar

soluciones pertinentes a este tipo de problemas. Otro de los problemas que

posiblemente puedan ser un factor importante, es que los inversionistas o

contratistas puedan confundir entre comprar un concreto económico y uno

barato. La diferencia de estos dos, es que un concreto barato puede ser

resistente ante la capacidad de carga que se le transmite, durante un periodo

corto de tiempo, pero esto no significa que no pueda tener una falla y pueda

colapsar la estructura, así que no necesariamente es un concreto resistente y

durable, ya que puede implicar un gasto doble, y esto sería

contraproducente, además de que el impacto ambiental es elevado, se

puede poner en riesgo la vida de las personas.

En obras empresariales o de importancia nacional y personal, es necesario

considerar la durabilidad del material con el que se pretende construir una

estructura. Ya que esto implica, un compromiso con la sociedad y el medio

ambiente construir responsablemente, profesionalmente e inteligentemente,

estos aspectos son necesarios, para poder llegar al objetivo, que es

conseguir obras que cumplan los más altos estándares de calidad como lo

son: resistencia, durabilidad, sustentabilidad e impacto ambiental.

Estadísticamente resulta difícil determinar las causas de problemas de

durabilidad en estructuras de concreto. Se han realizado estudios al

respecto, en la década de los 80’s se realizó en España un estudio al

respecto, y los resultados son interesantes he indican la importancia de cada

etapa (figura 5.1)

24

Los agentes que afectan la sustentabilidad de las obras de infraestructura son de

diversa índole, y se pueden clasificar en dos categorías: los agentes externos son

los que se encuentran en el medio ambiente o se deben a condiciones de servicio,

entre ellos podemos encontrar los iones de cloruro, el dióxido de carbono

generado por el mismo concreto, sulfatos, bacterias, abrasión, ciclos de

congelamiento y deshielo, lo cual no es el caso en nuestro país pero cabe

mencionarlo. Los agentes internos se hallan dentro del mismo concreto, como los

iones de cloruro determinados en distintos aditivos y los álcalis del cemento que

reaccionan con agregados potencialmente reactivos.

Los podemos clasificar como agentes físicos, químicos, biológicos y mecánicos.

Los físicos son debido a cambios o la exposición a los agentes del intemperismo

(lluvia, sol, climas gélidos, deshielo, cargas etc.) Entre los agentes químicos

25

construcción 39%

materiales 14%

diseño45%

impacto ambi-ental2%

Causas que producen problemas en la sustentabilidad del concreto

Gráfica 5.1

destacan los ataques por sulfatos, ácidos, agua de mar y cloruros, estos últimos

inducen a la corrosión electroquímica del acero de refuerzo.

Los biológicos pueden ser microorganismos, algas, moluscos. Los mecánicos se

deben a las condiciones a la que se expone el concreto (por ejemplo, abrasión y

erosión). En ocasiones, estos agentes se presentan simultáneamente, por lo que

se pueden obtener combinaciones interesantes. Obviamente el efecto de daño se

debe a cuestiones intrínsecas y extrínsecas del concreto, como es la calidad del

mismo y el grado del agente activo al que se encuentra expuesto.

La importancia de los agentes agresivos está en función del entorno en que se

encuentran, velocidad de penetración y medio de transporte. Dichos agentes

agresivos pueden ser gases, líquidos, partículas que forman parte de los suelos

adyacentes al concreto. Entre otros aspectos como:

-Exposición al ataque químico.

-Corrosión del acero de refuerzo y otros metales.

-Reacciones químicas.

-Congelamiento y deshielo.

-Abrasión.

26

Normatividad a la durabilidad

Hasta las últimas décadas que en los reglamentos y normas de construcción se ha

incluido el diseño de estructuras por durabilidad. Actualmente, recibe atención

especial en los Reglamentos Nacionales de Construcción de los siguientes países:

Japón, Australia y Nueva Zelanda, así como en el reglamento Europeo, en México,

las normas técnicas complementarias para el diseño y construcción de estructuras

de concreto del reglamento de construcciones del Distrito Federal (RCDF) incluyen

por primera vez un apartado sobre el tema (Gaceta Oficial del Distrito Federal).

Debido a su importancia y a los problemas que se han destacado, la tendencia es

incluir cada vez más la durabilidad del concreto y reducir su impacto ambiental, en

los Reglamentos de Construcción de los países, para que en el futuro se traduzca

a obras de infraestructura sustentable y ecológica, mejorando su desempeño y sus

condiciones de servicio.

Impacto socioeconómico de la durabilidad del concreto

Históricamente, la industria de la construcción ha tenido experiencias, que aunque

a veces amargas por sus costos socioeconómicos han aportado a la ingeniería

civil conocimientos técnicos de gran valor, al enfrentarlas. El avance científico y

tecnológico ante una durabilidad del concreto es resultado de la experiencia del

ingenio humano para entender los procesos físicos y químicos, así como para

evaluar, modificar y evitar en la medida de lo posible los daños.

Corrosión

Este es un problema internacional, en 1990 se realizó un estudio del impacto que

producen los costos económicos ocasionados por la corrosión, el resultado fue

que entre el 2 y el 5% del PNB de cada país está destinado para subsanar los

problemas de corrosión. El 25% de estos daños se pudieron haber evitado si se

27

hubiesen aplicado las tecnologías existentes para contrarrestarla. A la fecha en

México no se tienen datos que permitan determinar la situación actual. Aunque se

han detectado que más del 90% de las industrias presentan deterioros por

corrosión.

Diseño por durabilidad

Años atrás ningún diseñador o propietario esperaba que los sistemas, con los que

está diseñada una estructura funcionaran adecuadamente sin inspección y

mantenimiento, lo cual a la fecha ha cambiado, debido a que la experiencia les ha

demostrado que el costo por no considerar la durabilidad es mayor que la que se

invierte.

El diseñar una estructura sustentable y por durabilidad, aporta ventajas técnicas,

económicas y ambientales (Cuadro 5.1). Ya que permite que la estructura tenga

un mejor desempeño ante sus condiciones de servicio, un mejor desempeño

ambiental y por lo tanto disminuye en las reparaciones hecho que en otros

términos, minimiza costos tanto operativos, como de mantenimiento.

Mejor desempeño y conservación ante las condiciones de servicio.

Mayor vida útil.

Menores costos de mantenimiento operativos.

Rentabilidad del proyecto al reducir costos excesivos por reparaciones.

Mejora la calidad de vida de los usuarios.

Reduce el impacto ambiental.

28

Cuadro 5.1 Ventajas del diseño sustentable y por durabilidad de una estructura.

Frecuentemente, se ha expresado que el costo de proveer vida útil y sustentable a

las construcciones, resulta prohibitivo y requiere de una gran inversión de recursos

que se pueden destinar a otros aspectos. Un buen diseño que considera los

riesgos ambientales, no es más caro que el diseño que paso por alto estos

aspectos tan importantes.

Es de suma importancia tener una visión de estadística y comprender que el

verdadero ahorro de una estructura diseñada con métodos sustentables se verá

beneficiada en la operación de la misma a largo plazo. En la gráfica 5.2 se

muestra una comparación entre una estructura convencional, es decir sin

considerar la sustentabilidad y en una estructura diseñada por sustentabilidad, la

primera requiere de una inversión inicial menor, pero a través del tiempo requiere

inversiones periódicas, además de generar un mayor impacto ambiental. En

cambio la estructura diseñada por sustentabilidad tiene una inversión mayor, pero

no necesita mantenimientos, ni reparaciones mayores para seguir brindando su

servicio y su impacto ambiental es mucho menor que el de la estructura

convencional.

29

Estructura convencional Estructura sustentable

tabla comparativainversión inicial mantenimineto sustentabilidad

Gráfica 5.2

Podemos apreciar claramente que la inversión a corto plazo de la estructura

convencional es menor pero a largo plazo aumenta debido a que necesita mayor

mantenimiento, además de crear un gran impacto ambiental, por otro lado la

estructura sustentable, ofrece mejor calidad en la estructura, su mantenimiento es

menor y su impacto ambiental se reduce a la mitad. Para el cado del uso de

concreto hidráulico sustentable para avenidas muy transitadas, lo cual se verá

beneficiado ya que no necesitara de reparaciones, lo que implica que no utilizara

más horas hombre de las previstas para dicho proyecto y evitara costos

administrativos por licitaciones.

30

CAPÍTULO VI.- RETOS DE INFRAESTRUCTURA SUSTENTABLE

En el eco-cemento y su grado de sustentabilidad se involucran varios aspectos.

Dada la importancia de la construcción en las economías de los países y el

impacto que esta tiene en el desarrollo de los mismos, no es de extrañarse que la

construcción, y en particular la construcción con eco-cemento, llame la atención de

diversos sectores.

La ingeniería civil y la construcción enfrentan nuevos retos en este siglo XXI. La

economía de los países y el deterioro del medio ambiente originado por la

conducta humana han llegado al ámbito de la construcción desde años atrás,

hecho que es benéfico e irreversible. Los principales (Figura 3) e enfrentar son los

descritos a continuación:

Desarrollo tecnológico

En la actualidad ya se han retroalimentado de otras áreas a la tecnología del

concreto, por ejemplo, la química, con el concreto polimérico, resinas epódicas,

látex, desmoldantes para cimbra que prolonguen la vida de ésta y que se han

biodegradables, aditivos de concreto mejorados y el área más reciente eco-

materiales para la construcción, con la aportación de un cemento ecológico

elaborado a partir de cerámica cocida, lo cual le proporciona una mayor

resistencia y durabilidad. La microbiología es otra rama científica que apenas

anuncia su entrada para apoyar a la tecnología del concreto. Por ejemplo, se ha

aportado una biotecnología innovadora utilizando precipitación mineral inducida

microbiológicamente para componer el concreto, esto aumenta la compresión en

el mortero.

31

Otra área es la metalurgia, con el desarrollo de un acero más económico y

resistente a la corrosión, aunque a la fecha solo se tiene en proyecto de

investigación. El objetivo de esto es generar nuevas de otras áreas para

aplicaciones creativas y sustentables, que sean de utilidad para la tecnología del

concreto y en la construcción, hecho que puede tener beneficios, a largo plazo.

La forma de hacer concreto ha cambiado, desde su forma clásica de hacerlo con

cemento portland, arena, gravas limpias y resistentes.

Control de calidad

La tendencia es mejorar el control de calidad a través de un monitoreo continuo a

una estructura para observar sus propiedades físico-químicas, debido a que la

mecanización y racionalización de la construcción y la fabricación industrial de

elementos de concreto prefabricado han hecho de la supervisión clásica

insuficiente e imposible de aplicar como medio de control de calidad. La

construcción y mejora de nuevos concretos como el eco-cemento para la

elaboración de concreto es indispensable para la infraestructura, industria y

vivienda, con lo cual se satisfacen los requerimientos de la población, por lo que

reafirma la necesidad de proveer un buen concreto para la realización de nuevas

construcciones.

Economía de recursos

La perspectiva y visión actual es distinta a la de hace algunos años, las sequías en

algunos países que el agua no es inagotable, lo cual presenta un problema para

compañías elaboradoras de cemento, ya que se ven obligadas a recorrer

distancias más largas de transporte lo que requiere más tiempo y elevan los

costos. Por lo que otro reto que se presenta es la economía de recursos.

32

Los tiempos actuales conllevan a la economía de los recursos a maximizar su

beneficio y a reducir el impacto ambiental y social, además de optimizar su

desempeño.

La poca durabilidad del concreto es de interés público; la falla de estructuras daña

la infraestructura y la industria.

Figura 6.1

Reducir el impacto ambiental De acuerdo a encuestas realizadas, sólo el 6% de flujo total de los materiales, algo

así como 500 mil millones de toneladas al año, termina en productos deseados,

mientras que la mayoría de los materiales vírgenes son regresados al ambiente en

forma de desperdicios dañinos, ya sean líquidos, gaseosos o sólidos. Obviamente

el desarrollo industrial en los últimos 200 años no consideró una visión holística de

largo plazo del impacto de los subproductos no deseados por la industria.

33

Impacto ambiental generado por la producción de concreto

La producción mundial de concreto al año es

de 1600 millones de toneladas, que

contabiliza aproximadamente el 7% de la

carga global del dióxido de carbono en la

atmósfera. El cemento Portland no sólo es

uno de los materiales más empleados en la

construcción, es el responsable de una gran

cantidad de gases de invernadero. La producción de una tonelada de cemento

requiere aproximadamente de 4 GJ de energía y la manufactura del Clinker de

cemento Portland descarga aproximadamente una tonelada de dióxido de carbono

a la atmósfera. La extracción de materias primas de las arcillas y calizas, así como

combustible como carbón, frecuentemente resultan en una deforestación excesiva

y pérdida de suelos. Se estima que globalmente al año se consumen 1010

toneladas de arena, grava y roca triturada. El concreto también requiere grandes

cantidades de agua, se estima que el agua de mezclado requerida asciende

anualmente a 109 de metros cúbicos. La escasez de materiales durables también

tiene consecuencias ambientales serias. El incrementar la vida de servicio de los

productos es una solución sencilla y a largo plazo para preservar los recursos

naturales de la tierra. Las estructuras de concreto normalmente se diseñan con

una vida de servicio de 50 años, pero la experiencia ha mostrado que en

ambientes urbanos o marinos algunas estructuras se deterioran a los 20 años.

Freyermuth (2001), ha sugerido que la vida de diseño de las estructuras se

incremente hasta 100 o 120 años, y para puentes urbanos, al menos a

150 años de vida de servicio. La tendencia hacia el diseño de la infraestructura

basada en el costo del ciclo de vida no sólo maximiza el regreso del capital

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disponible, sino también los recursos naturales disponibles. El impacto ambiental

de la industria del concreto puede reducirse si se incrementa la productividad del

recurso mediante la conservación de materiales y energía para elaborar el

concreto.

35

CONCLUSIÓN

Con las investigaciones realizadas acerca de la durabilidad del concreto

convencional, y el concreto ecológico, se ha incrementado el conocimiento del

tema de eco-materiales para la construcción de estructuras de concreto, y a su

vez, conocer la importancia de la innovación de los materiales de la construcción,

utilizando nuevos y mejores métodos de construcción, en este caso la

construcción sustentable, y la disminución del impacto ambiental. En la medida

que se tenga mayor conocimiento del tema, por parte de los profesionales,

encargados de la construcción, se podrá empezar a promover la necesidad de

construir, nuevas y mejoras estructuras que provean de un mejor rendimiento de

servicio, mejoren la calidad de vida de la sociedad, tengan una mayor rentabilidad

y lo más importante de todo esto, es que el impacto ambiental disminuya

considerablemente.

El reto más importante de este proyecto es el desarrollo de los nuevos proyectos

de ingeniería, ya que lo que se pretende es que sea integral, es decir, que

contemple aspectos técnicos, económicos y sobre todo ambientales. Los retos y

ejemplos planteados en el presente documento tienen el objetivo de que en el

presente y futuro se realicen acciones concretas y pertinentes para lograr el

objetivo, que es: tener el mejor control de calidad y trabajar con los más altos

estándares de servicio e impacto ambiental.

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BIBLIOGRAFÍA

1.- Durabilidad e infraestructura: retos e impacto socioeconómico, abril

2008, agosto 2012.

2.- El agua potable en México, asociación nacional de agua y

saneamiento, A.C., Noviembre de 2008, México D.F.

3.- Reglamento de la ley para el aprovechamiento sustentable de la

energía.

4.- El concreto confeccionado a partir de agua de lluvia.pdf

5.- Desarrollo de un eco-cemento.pdf

6.- Conservación de los suelos.pdf

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GLOSARIO

Cemento portland: material diseñado para la construcción, a partir de: Clinker,

Yeso y Adición Mineral.

Conservación de suelos: uso correcto de los suelos, y se necesita tener una

fuerte conciencia ambiental, para poder ejecutarlo a la perfección.

Concepto de desarrollo sustentable: cuidar el medio ambiente, a través de

prácticas ecológicas.

Corrosión: fenómeno que ambiental que afecta la duración del concreto.

Eco-cemento: material diseñado para la construcción de infraestructura

sustentable, a partir de: Cerámica, Yeso y Adición Mineral.

Infraestructura sustentable: diseño y ejecución de obras de ingeniería civil, en

las que se implementan, prácticas de cuidado al medio ambiente, y tienen una

durabilidad de más de 150 años.

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