El hormigón es el material más utilizado en la construcción y es, a su vez, uno de los más nocivos para el medio ambiente.
El hormigón es un material clave en la construcción, el cual sirve para unir las estructuras y dotarlas de la resistencia y elasticidad necesarias para poder resistir los embates del clima, aislar las construcciones y soportar impactos y movimientos.
Sin embargo, el hormigón convencional también puede contribuir a la impermeabilización excesiva del suelo, a la acumulación de agua superficial y a la alteración del ciclo natural del agua y del aire. El concreto es también un material aislante e impermeable, algo útil para un edificio, pero que impide que la tierra absorba el agua y los gases nocivos y que, por consiguiente, incrementa el riesgo de inundaciones y el efecto invernadero.
En este contexto, existen dos líneas de innovación relacionadas, aunque diferentes: el cemento ecológico capaz de purificar el aire y el agua mediante fotocatálisis, y el hormigón permeable, cuya estructura de vacíos interconectados permite el paso del agua y del aire a través del material.
Qué es el hormigón que filtra el aire
El hormigón permeable, también conocido como hormigón sin finos o bajo en finos, es una mezcla de cemento Portland, árido grueso, agua y aditivos.
Debido a la ausencia o escasez de árido fino en la mezcla, la estructura porosa contiene muchos huecos que dejan pasar sin obstáculo el agua y el aire.
El hormigón permeable en su definición más simple es una mezcla de cemento, agua, agregado grueso y aditivos, que resulta en un material con una estructura de vacíos interconectados que permiten al agua y al aire, entre otros, pasar a través.
Por tanto, cuando se habla de un hormigón que «filtra el aire», conviene diferenciar entre la permeabilidad física del hormigón permeable y la purificación química del aire que puede conseguirse mediante un cemento ecológico fotocatalítico.
La diferencia entre permeabilidad y purificación del aire
Hormigón permeable: paso del aire y del agua
La característica principal del hormigón permeable es su red de poros conectados. Esta red permite que el agua de lluvia se infiltre y que el aire circule a través de la superficie y de las capas inferiores del pavimento.
La estructura de pavimento permeable permite que el agua al caer sobre la superficie se infiltre instantáneamente e ingrese al sistema de drenaje donde puede ser: infiltrada al terreno natural y alimentar las reservas subterráneas, almacenada para su utilización y/o dirigida a la línea de alcantarillado de aguas lluvias.
Cemento fotocatalítico: eliminación de contaminantes
La respuesta podría estar en mano de un equipo de estudiantes de la Facultad de Estudios Superiores (FES) Aragón, de la UNAM, que han conseguido desarrollar un concreto ecológico capaz de purificar el aire y el agua gracias a un proceso llamado fotocatálisis.
La clave del cemento ecológico desarrollado por los académicos mexicanos está en la propiedad de la fotocatálisis.
Se trata de una reacción que convierte la energía solar en energía química y ayuda a eliminar el CO2 del ambiente cuando el material recibe el impacto de los rayos UV.
En este caso, el material no se limita a permitir el paso del aire, sino que puede contribuir a eliminar determinados contaminantes cuando recibe radiación ultravioleta.
Cómo funciona el hormigón permeable
La construcción de nuestras ciudades modernas se caracteriza por materializarse en grandes extensiones de superficies impermeables que alteran radicalmente el ciclo natural del agua (flujo libre del agua y el aire a los suelos), aumentan la temperatura, incrementan la acumulación y flujo de agua en superficie desbordando la capacidad de los sistemas de drenaje y transportando residuos contaminantes y agua a temperaturas elevadas que ingresan a los ecosistemas y vulneran la calidad de vida a todos los niveles.
Dicho esto, la utilización del concreto permeable es parte de una solución integral que permite abordar estos problemas de una manera sostenible, mediante un desarrollo urbano de bajo impacto.
La ilustración muestra cómo el concreto permeable permite conservar lo más fielmente posible las condiciones hidrológicas que se tenían en la zona antes del desarrollo urbano.
Los pavimentos de concreto permeable son una estructura compuesta por una capa superior de concreto permeable, una base como cualquier pavimento, que en este caso tiene capacidad de almacenamiento y gestión del agua, opcionalmente un sistema de drenaje que en función de las necesidades puede ser más o menos complejo, y el suelo natural de soporte, que en función de sus propiedades puede infiltrar el agua.
El agua puede infiltrarse directamente en el terreno, almacenarse temporalmente para su posterior utilización o conducirse hacia la red de alcantarillado de aguas pluviales.
Ventajas ambientales del hormigón permeable
- Reduce la acumulación de flujos de agua, limpia el agua lluvia y baja la temperatura, protegiendo el equilibrio de los ecosistemas.
- Reduce o elimina el impacto de la urbanización en las líneas de alcantarillado existente.
- Alimenta las reservas de agua subterránea.
- Permite el paso de agua y oxígeno a las raíces de los arboles.
- Mitiga el aumento de la temperatura ambiente debido a la urbanización tradicional.
- Elimina el empozamiento del agua después de lluvias fuertes.
- Reduce el riesgo de hidroplaneo y salpicaduras.
- Simplifica los sistemas de drenaje y reduce costos.
- Otorga puntos en certificaciones para construcciones sostenibles.
- Tiene mayor vida útil que sus competidores directos.
Cuando se trata de gestionar la escorrentía de aguas de tormenta, las aplicaciones de hormigón permeable son una alternativa a métodos más complejos, como los sistemas de drenaje y las zonas de retención de aguas.
La nueva reglamentación federal de gestión de las aguas de tormenta ha convertido a los sistemas de hormigón permeable en una solución viable.
Por un lado, la EPA clasifica el hormigón permeable dentro de las buenas prácticas de gestión (BMP), y por el otro los propietarios de edificios obtienen una mejor utilización del suelo y créditos LEED gracias a las superficies de aparcamiento de hormigón permeable.
Materiales reciclados y cemento ecológico fotocatalítico
Las propiedades de este nuevo material son muy prometedoras, ya que puede usarse en edificios, banquetas y jardines.
El cemento ecológico está fabricado con materiales reciclados como cascajos, neumáticos desechados y fibras orgánicas, por lo que su producción no emite gases de efecto invernadero.
En general, todas las propiedades de este material son altamente positivas y prometedoras.
La utilización de materiales reciclados puede reducir el consumo de materias primas y dar un nuevo uso a residuos procedentes de la construcción, los neumáticos y otros productos.
Porosidad, aire incorporado y comportamiento del hormigón
Después de la mezcla, el transporte y el vertido del hormigón, este suele contener aire atrapado en forma de espacios vacíos.
Cuando el hormigón no se compacta adecuadamente, pueden surgir coqueras y una macroporosidad elevada, que pueden representar entre el 5 y el 20 % de su volumen total.
Al compactar el hormigón, se busca mejorar sus propiedades mediante la modificación de su estructura y la reducción de su porosidad a menos del 1 %.
El objetivo es comunicar al hormigón, mediante su compactación, la energía necesaria para facilitar el desplazamiento de las burbujas o huecos hacia su superficie.
Al mismo tiempo, se busca bloquear, en la medida de lo posible, la interconexión entre los poros.
De esta forma, se eliminan la macroestructura porosa y las coqueras, se aumenta la densidad y, al mejorar la resistencia y la impermeabilidad, se corrigen las irregularidades en la distribución del hormigón.
La cantidad de aire atrapado guarda una estrecha relación con la trabajabilidad del hormigón, que se define como la propiedad que determina la facilidad y uniformidad con las que puede fabricarse y colocarse en la obra.
| Consistencia en cono de Abrams | Contenido aproximado de aire |
|---|---|
| 75 mm | 5 % |
| 25 mm | 20 % |
Por ejemplo, el hormigón con una consistencia en cono de Abrams de 75 mm contiene aproximadamente un 5 % de aire, mientras que aquel con un asentamiento de 25 mm puede contener alrededor del 20 %.
El aire ocluido reduce la resistencia del hormigón.
Por cada 1% de aire retenido, la resistencia disminuye entre 4% y 7%.
El aire atrapado aumenta la permeabilidad, lo que a su vez afecta a la durabilidad del hormigón.
Si el hormigón no es compacto ni impermeable, no resistirá la penetración del agua ni de otros líquidos menos agresivos.
Estas afirmaciones se refieren al aire atrapado no deseado en un hormigón convencional y no deben confundirse con la porosidad interconectada diseñada específicamente en un hormigón permeable.
Aditivos y formación de microburbujas
Cuando el hormigón se mezcla con agua, los aditivos reductores de aire (AEA) disminuyen la tensión superficial del agua de mezcla, lo que permite la incorporación de aire durante el proceso.
Este proceso crea burbujas de aire diminutas, cerradas y estables, generalmente menores de 200 μm, distribuidas por todo el mortero.
Las microburbujas mejoran la lubricidad, reducen la resistencia al bombeo y minimizan las obstrucciones.
También aumentan la tixotropía de la pasta, evitando que se desprenda tras su aplicación.
Las AEA mejoran la esparcibilidad del mortero, lo que permite una colocación uniforme de los bloques y una mayor plenitud de las juntas.
Los éteres de celulosa regulan la retención de agua y la reología, mientras que los polvos poliméricos mejoran la adhesión y la flexibilidad.
Aplicaciones del hormigón que permite el paso del aire y el agua
Actualmente, la aplicación más común es en pavimentos de bajo tráfico en calles residenciales, parqueaderos, parques, áreas para peatones y bicicletas.
Las propiedades del cemento ecológico fotocatalítico permiten emplearlo en edificios, banquetas y jardines.
- Calles residenciales.
- Parqueaderos.
- Parques.
- Áreas para peatones.
- Ciclovías y áreas para bicicletas.
- Jardines.
- Banquetas.
- Superficies urbanas de bajo impacto.
- Márgenes de ríos.
- Construcciones con necesidades de absorción acústica.
En Europa se valora no solo por su capacidad drenante, sino por sus propiedades de absorción acústica.
En Japón se ha trabajado no solo para construir superficies para el tránsito de vehículos y peatones, sino también para estabilizar la vegetación en las márgenes de los ríos.
En Australia, el concreto permeable es valorado como elemento esencial en el Diseño Urbano Sensible al Agua (WSUD) para mejorar la calidad y cantidad del agua en las zonas urbanas.
Hormigón Permeable - Prueba simple de filtrado
En este video pueden ver una prueba de infiltración en un tramo de pavimento en concreto permeable construido en dos celdas de parqueadero de la Universidad EAFIT en Medellín, Colombia.
Antecedentes y evolución del hormigón permeable
El primer registro de aplicación en construcción del concreto permeable (concreto sin finos o arena) data del año 1852 en la construcción de dos casas en el Reino Unido.
En 1930, el uso del material para la construcción de casas fue adoptado por la Asociación de Vivienda Especial de Escocia.
Una vez finalizada la Segunda Guerra Mundial, con gran parte de Europa devastada, escasez de mano de obra calificada y materiales, y una necesidad imperante de viviendas, el concreto permeable se impone como una solución contribuyendo sustancialmente a la producción de viviendas nuevas en Reino Unido, Alemania, Holanda, Francia, Bélgica, Escocia y Hungría.
En Inglaterra se empleó el concreto permeable en la construcción de viviendas de dos pisos conocidas como Wimpey Houses, que se caracterizaron por su eficiencia constructiva y buenas condiciones de aislamiento.
Durante los últimos 30 años las investigaciones del concreto permeable vienen en crecimiento, principalmente en países como Estados Unidos, Japón y Australia.
Este material ha tomado fuerza en la industria de la construcción, siendo cada vez más común su aparición en especificaciones potenciado por la conciencia de protección y preservación medioambiental.
En Estados Unidos su uso es respaldado por la Agencia de Protección Medioambiental (EPA) como una de las buenas prácticas para gestionar el agua lluvia, el Instituto Americano del Concreto (ACI) tiene un comité específico trabajando sobre este tema (Committe 522) y la Sociedad Americana para Ensayos y Materiales (ASTM) se ha enfocado en el desarrollo de estándares para caracterización de sus propiedades, producción y uso.
Diseño de un sistema de pavimento permeable
Los pavimentos de concreto permeable se deben concebir como un sistema, donde cada una de sus partes es vital para su correcto funcionamiento.
El diseño se debe abordar desde un punto de vista estructural para garantizar la capacidad de absorber los esfuerzos y mantener su integridad durante la vida de diseño.
Y por otro lado, desde un punto de vista hidráulico para así validar la capacidad de gestionar el agua del evento máximo de lluvia para el cual ha sido diseñado.
La capacidad de infiltración depende de las propiedades del suelo natural, del espesor de las capas, de la base de almacenamiento y de la existencia de un sistema de drenaje.
La base puede almacenar y gestionar el agua antes de que esta se infiltre o sea conducida a otra infraestructura.
Fabricación, colocación y curado
El concreto permeable se debe diseñar evaluando los mismos criterios que el pavimento, estructural e hidráulico.
Además, debe validarse con el cliente y el aplicador la mezcla en la aplicación para tener un producto de adecuado desempeño tanto en el proceso constructivo como en funcionamiento.
La construcción de pavimentos de concreto permeable debe ser realizada por contratistas con experiencia específica en la aplicación de este tipo de concretos, ya que requiere técnicas, equipos y cuidados diferentes a las de un concreto convencional.
La rapidez en su aplicación y el posterior curado, son puntos clave para garantizar su correcto desempeño en el largo plazo.
La compactación del hormigón puede realizarse mediante diversos métodos.
Inicialmente, en los albores del siglo XX, se empleaban el picado y el apisonado como los primeros sistemas.
Más tarde, en 1927, el ingeniero francés Charles Rabut descubrió los beneficios de la vibración en el hormigón.
Además de estos métodos principales, existen otras técnicas de compactación empleadas en campos más específicos.
Por ejemplo, la compactación por vacío y la centrifugación son procesos prácticos que se emplean con frecuencia en elementos de forma cilíndrica.
Tal y como indica el artículo 52.2 del Código Estructural, la compactación del hormigón en obra se llevará a cabo mediante métodos apropiados según la consistencia de las mezclas, con el objetivo de eliminar los huecos y lograr un cierre perfecto de la masa, evitando la segregación.
Este proceso de compactación deberá continuar hasta que la pasta fluya hacia la superficie y ya no se libere aire.
Uso y mantenimiento
Es importante darle el uso para el que fueron diseñados, para así garantizar su vida de diseño y evitar un deterioro acelerado.
Como se dijo anteriormente, estos pavimentos son para tráfico liviano y el uso inadecuado ocasiona el desprendimiento de partículas.
La obstrucción de los vacíos causada por el material particulado que ingresa al sistema, ocasiona una pérdida de capacidad hidráulica, que se puede restaurar con mantenimiento como hidrolavado o aspirado.
El mantenimiento resulta esencial porque la acumulación de polvo, sedimentos y otros materiales puede reducir la capacidad de infiltración y de circulación del aire en la estructura porosa.
Gestión del agua cargada con cemento
Cuando la limpieza de un tanque cargado con lodo de cemento consume mucho tiempo, en términos de parada de producción, vaciado y por lo tanto es costoso, usted está buscando una solución de filtración.
Por supuesto, las empresas profesionales también razonan en términos de respetar el medio ambiente y controlar la liberación de contaminantes a la naturaleza, perjudiciales para la imagen y las responsabilidades sociales.
Agua de lavado de la planta de hormigón. Agua cargada con fangos y polvos de cemento.
El polvo de cemento merece su nombre.
Las partículas son tan finas que atraviesan las mallas de cualquier bigbag existente en el mercado.
Si la malla es demasiado apretada, el tejido se satura y el agua ya no fluye.
Si la malla es demasiado ancha, el agua fluye con las partículas.
Diez minutos después, los lodos no se adhieren a la malla, evitando la saturación de dicha malla.
El agua escurre muy bien del bigbag filtrante sin los polvos de cemento.
Se recoge el agua que escurre de la bolsa filtrante, descontaminada de estas materias en suspensión.
Debido a la descontaminación de las MES, pueden reutilizar el agua para volver a lavar el equipo sin ningún problema.
Si los volúmenes son demasiado grandes, deben enviarlo a una planta de tratamiento o descontaminarlo in-situ.
En primer lugar, un análisis de un laboratorio independiente les dará precisamente estos valores.
Para los volúmenes mayores, la puesta en marcha de una instalación automática, hay que contar cuatro a cinco semanas según nuestro plano de carga.
Limitaciones actuales del cemento ecológico
Las dificultades que atraviesan por el momento los creadores de este cemento ecológico vienen principalmente del lado de la rentabilidad.
Los universitarios no cuentan con una planta productiva, por lo que se fabrica artesanalmente.
Por el momento, se trata de un material incipiente que todavía requiere de fuentes de financiación que permitan su producción a gran escala.
La fabricación artesanal limita la capacidad de suministro y dificulta que el material pueda competir en condiciones económicas con los productos convencionales.
La producción a gran escala requiere financiación, instalaciones productivas, validación técnica y experiencia específica en la aplicación.
Perspectivas de desarrollo urbano sostenible
El concreto permeable, a pesar de ser un material conocido en la industria de la construcción hace más de un siglo como una solución a necesidades específicas de mano de obra y materiales, solamente hasta hace un par de décadas empieza a potenciarse por sus prestaciones medioambientales y de sostenibilidad.
El material entrega grandes ventajas que en sus inicios no eran conocidas y mucho menos explotadas.
Las soluciones basadas en hormigón permeable y cemento fotocatalítico ofrecen posibilidades complementarias: una favorece el flujo de agua y aire a través del suelo urbano, mientras la otra aprovecha la radiación ultravioleta para ayudar a eliminar CO2 del ambiente.
El uso adecuado de estas tecnologías exige entenderlas como sistemas de construcción y gestión ambiental, no como materiales aislados.
Las buenas prácticas para un desarrollo urbano sostenible permiten obras como las ejecutadas para los Juegos Olímpicos de Beijing (China) en 2008.
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