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El hormigón se ha posicionado como el material de construcción más utilizado en el mundo debido a su durabilidad y resistencia, cualidades que lo posicionan como la mejor y hasta ahora única alternativa en el desarrollo de grandes infraestructuras como puentes, túneles, rascacielos, entre otras. Sin embargo, para optimizar su desempeño y mitigar los impactos ambientales asociados a su uso, es imprescindible realizar un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) del cemento y el hormigón, metodología utilizada para evaluar el impacto ambiental de los materiales de construcción desde la extracción de materias primas hasta los nuevos ciclos de vida que se pueden generar una vez que se llega al final de su (primera) vida útil.

En este reportaje, 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, abordan aspectos clave para realizar un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) del cemento y el hormigón considerando la realidad local, sus desafíos, brechas y oportunidades.

“El Análisis de Ciclo de Vida es una herramienta súper poderosa para tomar decisiones y comparar alternativas, particularmente para ir seleccionando las mejores opciones no solo desde el punto de vista técnico, sino también ambiental”.

Mauricio Pradena

USS

El ACV del cemento y el hormigón no solo permite identificar oportunidades para reducir la huella de carbono, sino también mejorar su sostenibilidad y productividad a través de decisiones operacionales y de diseño capaces de extender su vida útil, ser conscientes con las necesidades de la sociedad, y valorizar los residuos. En este sentido, es crucial encontrar un balance: por un lado, tener iniciativas como el uso de áridos reciclados (ARH) o la sustitución de materias primas por residuos industriales como áridos y/o Materiales Cementicios Suplementarios (MCSs), y por el otro, optimizar las propiedades del cemento y el hormigón sin comprometer su desempeño estructural ni sus propiedades características.

Reportaje: Construyendo un Futuro Sostenible: La Ruta hacia la Neutralidad de Carbono en la Industria del Cemento y el Hormigón

Cuatro etapas del ACV del hormigón

De acuerdo con la gráfica de “Concrete NZ Building Resilience”, entidad que analiza el impacto del hormigón en Nueva Zelanda, el Análisis del Ciclo de Vida del Hormigón se compone de cuatro grandes etapas:

Desarrollo de un sistema de evaluación ambiental

A través del Framework Brightway LCA (Life Cycle Assessment), el académico Cristián Calvo propone abordar un ACV del cemento y el hormigón considerando todos los impactos ambientales asociados a cada etapa del ciclo de vida, apoyando así la toma de decisiones informadas en temas de sostenibilidad.

En esta metodología se consideran indicadores cualitativos y cuantitativos para identificar puntos críticos en el impacto ambiental de las estructuras. El análisis abarca la producción de materiales, transporte, construcción, uso y disposición final. Incluye variables como la huella de carbono, toxicidad para los humanos, uso de agua,  embalaje, flujo de los materiales disponibles, distancia territorial, riesgos asociados, entre otros.

Mediante esta metodología, el proyecto Semilla CIH UC 2024 “Análisis del Ciclo de Vida para la industria del hormigón chileno” liderado por el académico Cristián Calvo, realizará un acercamiento general del ACV del cemento y el hormigón desde la perspectiva local chilena, para así determinar cuáles son los aspectos fundamentales que se deben considerar al momento de evaluar el impacto medioambiental de los proyectos de construcción con hormigón.

Puntos de apalancamiento del ACV del hormigón

En conversación con los académicos Mauricio Pradena y Cristián Calvo, cada paso de los que conforman el ACV del hormigón tiene un grado de importancia en la reducción de la huella de carbono y su impacto medioambiental. Sin embargo, es en la etapa de extracción y procesos constructivos (primera etapa según el gráfico de “Concrete NZ”) donde existen los mayores desafíos y apalancamientos, ya que cimentan 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”.

Mauricio Pradena

USS

Primer apalancamiento: Extracción, reemplazo y transporte de materias primas

Materias primas locales y eficiencia en el transporte

Aprovechar los recursos locales reduce la necesidad de transporte, uso energético, y otros costos asociados. La industria ha realizado diversas investigaciones para evaluar el comportamiento de diversos residuos como reemplazo de los áridos naturales, y de materiales cementicios suplementarios (MCSs) en reemplazo parcial del cemento. Por mencionar algunos, están los relaves mineros, la escoria de cobre, la escoria negra, las marinas, las cenizas volantes de biomasa, cenizas volantes de termoeléctricas, entre otros componentes ya valorizados que estarían como alternativas a las puzolanas.

La incorporación de estos residuos permite fortalecer una economía circular entre diversas industrias, descubriendo efectos filler y puzolánicos en su composición y así  ampliar la gama de hormigones disponibles en Chile, los cuales se pueden utilizar de acuerdo con los requerimientos específicos de cada proyecto. La clave por tanto está, en conocer el comportamiento de tantos residuos como sea posible, mapear su localidad y aprovecharlos según la ubicación y características del trabajo en obra.

“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.

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?”.

Cristián Calvo

FADEU UC

Reportaje: Las huellas del hormigón en el Antropoceno: pasado, presente y futuro

Por otro lado, el contexto geográfico es fundamental al momento de evaluar la calidad o factibilidad de usar las materias primas disponibles por zona. A modo de ejemplo, en el norte de Chile el agua es altamente mineralizada, característica que afecta el desempeño del hormigón, impidiendo su uso. La búsqueda de alternativas genera aumento en los costos de producción, lo que también impacta en el ACV.

Fabricación del Clínker y uso energético

Otro de los desafíos está en el Clinker, material esencial para la fabricación del cemento. En Chile, la mayor parte del Clínker que utilizamos proviene del extranjero, por lo que resulta complejo conocer en gran medida la data medioambiental relacionada con la extracción de esta materia prima. Dentro de los procesos de mayor impacto se encuentran las emisiones de gases de efecto invernadero que se generan en los hornos de calcinación de la piedra caliza, junto al uso de combustibles -principalmente fósiles-, involucrados en este proceso.

Recurso hídrico

La huella hídrica es un área de gran importancia, tomando en cuenta que se utiliza agua potable a lo largo de la cadena de producción del hormigón. Para desarrollar un completo ACV, se debe conocer el impacto hídrico que se genera en la extracción de áridos naturales en los ríos, el agua implicada en el uso energético y transporte, donde participan otras áreas industriales junto a sus propios ACVs. Saber qué se hace con el agua una vez que ha sido usada y qué posibilidades existen de revalorizarla. Finalmente, está el agua que se ocupa en el diseño de mezcla de los hormigones, proceso de curado, entre otras etapas relacionadas a la producción.

“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”.

Cristián Calvo

FADEU UC

Segundo apalancamiento: Diseño, durabilidad y productividad

Para el académico Mauricio Pradena, “el hormigón tiene un enorme potencial para diseños inteligentes por etapas, permitiendo extender su vida útil a 80 o incluso 100 años en el caso de los pavimentos”. Sin embargo, es esencial que la industria aborde los desafíos actuales y reduzca sus impactos ambientales. “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”, añade Pradena.

Un enfoque en el diseño adecuado permite una mirada a largo plazo, avanzar hacia soluciones más sostenibles y efectivas, maximizando las ventajas inherentes del hormigón.

Las posibilidades existentes para obtener un diseño óptimo con mejoras en durabilidad y productividad son amplias y adecuadas de acuerdo con las necesidades específicas de cada proyecto. A modo de ejemplo, está el uso de mallas de acero o de fibras (sintéticas o de acero), enfierradura convencional o de alta resistencia, aplicación de aditivos, uso de prefabricados, hormigones fluidos o autocompactantes, shotcrete, entre otros.

Desde la arquitectura, el académico y arquitecto Cristián Calvo destaca el uso de moldajes capaces de dar forma a estructuras óptimas, lo que permite minimizar el uso de hormigón mediante un diseño eficaz. En esta línea, la incorporación de tecnologías como la impresión 3D facilita la creación de geometrías complejas y estructuras innovadoras, reduciendo el desperdicio de material y potenciando la eficiencia constructiva.

Por otro lado, están los moldajes flexibles con geotextiles, técnica utilizada por la arquitecta Victoria Jolly, la cual permite formar estructuras de geometría compleja capaces de distribuir el hormigón en la infraestructura de acuerdo con las necesidades estructurales específicas.   

Reportaje: Moldajes textiles en el hormigón: nuevos horizontes constructivos

El desarrollo tecnológico y la incorporación de nuestras tecnologías en la industria, trae consigo la responsabilidad de mejorar los estándares constructivos en el país. La manufactura, el trabajo riguroso, y la minimización de riesgos, permite asegurar una buena calidad en la infraestructura, garantizando un correcto desempeño a lo largo de la vida útil del hormigón.

En este sentido, el desafío está en poder abarcar la construcción con hormigón desde la obtención de los materiales, el transporte, el proceso constructivo, el desarrollo de la obra gruesa, y las terminaciones, etapas que le otorgan un buen desempeño a la infraestructura.  

Tercer apalancamiento: la recarbonatación y valorización de residuos

La fabricación de cemento genera entre el 5-7% de las emisiones de gases de efecto invernadero, dato que ha ido reduciéndose producto de las numerosas medidas que la industria ha adoptado para reducir la huella de carbono a nivel global. La Unión Europea desarrolló un sistema denominado las “5C”, cuyo objetivo es clasificar el ciclo de vida del hormigón en 5 etapas: Clinker, Cemento, Hormigón (Concrete), Construcción y (Re)Carbonatación.

Esta última etapa, se refiere a la capacidad del hormigón de recapturar las emisiones de CO2 en el hormigón en su estado endurecido. Este gas existente en la atmósfera “consigue penetrar a través de los poros del hormigón hacia el interior. Una vez en el interior del hormigón, el dióxido de carbono actúa con el hidróxido cálcico Ca(OH)2 del cemento de la mezcla, formando carbonato cálcico insoluble CaCO3” (Fuente: ANDECE).

Por un lado, esta capacidad de carbonatación afecta a la enfierradura del hormigón armado, ya que el dióxido de carbono y los iones cloruros actúan como sustancias agresivas con el acero, reduciendo el pH alcalino del hormigón. Sin embargo, no afecta su durabilidad mientras no entre en contacto con la enfierradura. Por otro lado, la recarbonatación resulta beneficiosa en la medida que captura el CO2 del ambiente. Además, el CO2 es capaz de reaccionar y reducir la porosidad del hormigón mediante distintas reacciones, una de ellas es que el CO2 reacciona con el hidróxido de calcio del hormigón produciendo calcita.

Este fenómeno, es posible aprovecharlo en los áridos reciclados (ARH) mediante tratamientos de absorción de CO2, investigación que en Chile la lidera la académica Viviana Letelier de la Universidad de la Frontera. La ventaja de aprovechar esta reacción química, favorece la extensión de la vida útil, permitiéndole al material participar de nuevos ciclos productivos.

Reportaje: Áridos Reciclados de Hormigón: Desafíos para los próximos años

El ACV en el hormigón: un desafío impostergable

La implementación del Análisis de Ciclo de Vida integral para el cemento y el hormigón, es un desafío esencial para el desarrollo sostenible de la industria de la construcción. Este enfoque no solo ayudará a reducir los impactos ambientales, sino también a optimizar el diseño, los costos y la vida útil de las infraestructuras.

El ACV es una herramienta que no solo nos permite entender el impacto actual de nuestras acciones, sino proyectar cómo podemos mejorar hacia el futuro. Es fundamental que Chile avance esta área para construir un desarrollo más sostenible. La colaboración por parte de la academia, el sector público y el sector privado, permitirá obtener la data necesaria para desarrollar un ACV del hormigón, y participar en una toma de decisiones constructivas más eficientes y conscientes.

Autora: Valeria F. Moraga D.