El ingeniero Emil G. Bautista afirma que a nivel mundial se está promoviendo la utilización de la ceniza de la combustión del carbón (o fly ash) en el cemento y el hormigón, por tratarse de un material que permite un mejor trabajo, es resistente, duradero, más económico y sostenible.
El experto sostiene que el fly ash, el mismo que se deriva del combustible que utilizan en el país las plantas Punta Catalina, es utilizado en los países de Europa, en Estados Unidos y en China.
En ese sentido, especifica que en el continente europeo es tan utilizado que resulta difícil pensar en una construcción con hormigón sin considerar el uso del fly ash.
Mientras que en EE.UU. se utiliza alrededor de una tercera parte las cenizas generadas por la combustión de las plantas de carbón, y el resto de dicho material se emplea para hacer relleno sanitario.
“En la China las cenizas del carbón están siendo exploradas como un posible sustituto de las materias primas utilizadas en la industria de las cerámicas, expresa Bautista.
Apunta que la utilización del residuo no se limita a los países desarrollados más arriba mencionados, sino que otras naciones ya realizan ensayos para la utilizan de fly ash, entre las cuales citó Argentina, Chile, Colombia, Ecuador, México, Perú y Uruguay.
El ingeniero Emil G. Bautista es persistente en su señalamiento de que para que estas cenizas no afecten la salud de las personas, es importante no verlo como un desecho tóxico sino como una materia prima para la industria del cemento y el hormigón.
Recordó que desde hace 90 años se reconoce a las cenizas del carbón como un material con un alto potencial de uso beneficioso y sostenible.
Bautista hace estas y otras consideraciones en la tercera entrega de sus escrito-investigaciones sobre el tema, el cual reproducimos íntegro a continuación:
UTILIZACIÓN DE LAS CENIZAS DEL CARBÓN EN LA CONSTRUCCIÓN
Hacen alrededor de 2000 años los Romanos exploraron la mezcla de roca caliza y cenizas volcánicas o mosaicos de arcilla pulverizada como un agente cementoso. El silicio y aluminio activo en las cenizas volcánicas se combina con la roca caliza para crear un agente cementoso que se utilizó en estructuras Romanas antiguas como el Panteón, el Coliseo y el Puente de Gard. Las mezclas antiguas de hormigón estaban caracterizadas por un contenido bajo de materiales cementosos, bajo contenido de agua, un lento desarrollo de resistencia y muy poco agrietamiento durante el endurecimiento. Las cenizas del carbón que producen las plantas que utilizamos actualmente en el mundo tienen propiedades similares a las cenizas volcánicas utilizadas por los Romanos.
Debido al gran potencial que se le reconoce a dichas cenizas en 1932 se desarrolla la primera referencia en literatura académica de las cenizas del carbón, es decir, hacen ya casi unos 90 años se reconoce a las cenizas del carbón como un material con un alto potencial de uso beneficioso y sostenible.
Utilización de las cenizas del carbón en Estados Unidos
La primera documentación de una obra que utilizó una gran cantidad de cenizas del carbón fue la reparación de un túnel del aliviadero de la presa Hoover en Nevada en el año 1942. A esta obra le siguió la presa Hungry Horse en Montana, construida entre 1948 y 1952. Esta estructura masiva requirió de alrededor de 2.5 millones de metros cúbicos de concreto y está documentada como la primera presa construida con concreto con cenizas del carbón. En esta gran obra se utilizó alrededor de 120,000 toneladas de fly ash, en un 35% de remplazo de cemento portland por fly ash. La decisión de incorporar fly ash en el hormigón utilizado para dicha construcción representó un ahorro de $2 millones de dólares y abrió el campo para la utilización de fly ash en la construcción de presas al igual que otros proyectos.
Para la construcción del aliviadero de la planta termoeléctrica LaCygne en Kansas en 1971 se utilizó más de 13,000 metros cúbicos de concreto con fly ash. La presa hidroeléctrica Grand Coulee en el Noreste del estado de Washington utilizó 98,000 toneladas de fly ash en una mezcla con 94 libras de fly ash por yarda cubica de hormigón para la construcción de su tercera central eléctrica. El puente New River Bridge, construido en 1977 en el centro sur de West Virgina, utilizó fly ash para garantizar la estabilidad de las columnas del puente con la preparación de lechada compuesta de 3 partes fly ash y 1 parte cemento. Con este material se agregó resistencia a las columnas de las estructuras y por ende ayudó a prevenir el hundimiento de las mismas.
En 1981, en el condado de Bath de West Virgina se utilizó cerca de 60,000 toneladas de fly ash para la construcción de una central hidroeléctrica y los túneles de la misma. En 1984 se produce una aplicación inusual para la época ya que el aliviadero de la presa Stillwater en Utah se construyó con una mezcla que remplazó el 50% del cemento con fly ash y que se compactó con rodillo. En ese mismo año, en la construcción del acueducto McGee en Oklahoma en lugar de utilizar grava para la construcción de la cama para 16.6 millas de tuberías se ahorró hasta un 40% en el costo con la utilización de 8,000 toneladas de fly ash en una mezcla de lechada que exhibió menor sangrado y contracción.
En 1987 se construyó en Tampa, Florida el puente Bob Graham Sunshine Skyway. Un puente cableado de 4.1 millas en el cual se utilizó hormigón con fly ash. La aplicación de hormigón con fly ash en este puente resulto ser de gran valor ya que por su ubicación el mismo está expuesto a las condiciones extremas del ambiente marino. Este proyecto abrió el camino para la construcción del tercer puente cableado más largo de Norteamérica, el puente Arthur Ravenel Jr., en Charleston, Carolina del Sur. En este puente se utilizó un gran volumen de hormigón con fly ash que permitió a los contratistas la utilización de una serie de técnicas y prácticas constructivas innovadoras que permitieron que el proyecto se completara en un tiempo relativamente corto comparado con otros puentes de proporciones similares.
El puente de San Francisco – Bahía de Oakland, un remplazo de 2.2 millas de la estructura anterior construida en 1936, es otra obra de ingeniería que utilizó hormigón con fly ash. De hecho, el departamento de transporte del estado de California requiere que todo el concreto utilizado en proyectos utilice un mínimo de 25% de fly ash como remplazo del cemento portland en mezclas de hormigón. En el estado de Nueva York, en la construcción de la estación del metro de la Avenida Roosevelt se reemplazó el 15% del cemento en el hormigón por fly ash. Desde entonces la Autoridad Metropolitana de Transporte de Nueva York exige que todos los proyectos de construcción de mantenimiento o mejoramiento de la infraestructura de la ciudad utilicen fly ash en aplicaciones de hormigón en masa.
El fly ash también fue utilizado en el nuevo edificio One World Trade Center de 541 metros de altura y en la reconstrucción del puente de la carretera I-35 en Minneapolis que colapso el primero de agosto del 2007.
Utilización de las cenizas del carbón en la Unión Europea
En el continente europeo el fly ash es aún más utilizado en cantidad en comparación con los Estados Unidos a tal punto de que es difícil pensar en una construcción con hormigón sin considerar el uso del fly ash. En Frankfurt, Alemania las torres Castor y Pollux, de 95 metros y 130 metros de altura respectivamente, fueron construidas con hormigón con fly ash. En Madrid, España, en la torre Picasso de 171 metros de altura, también se utilizó fly ash en el hormigón.
En Francia la utilización de fly ash en la construcción de carreteras es bien practicada desde hace un buen tiempo. En la carretera RN 47, al norte de Francia, se utilizaron cerca de 50,000 toneladas de fly ash en la construcción de un tramo de 7.5 kilómetros. En 1997, Inglaterra construyó un tramo de 1 kilómetro de la carretera A52 en Staffordshire utilizando de base un material granular estabilizado con fly ash y cal.
En Dinamarca, la capital Copenhagen se conecta con Europa Central con el puente Great Belt East. Dicho puente, cuya construcción terminó en 1998 y fue diseñado para 100 años, es el quinto puente colgante más largo del mundo, mide 1,624 metros de largo y utilizó hormigón de alto desempeño compuesto por cemento portland, fly ash y microsilica como materiales cementosos.
El futuro de las cenizas del carbón
Aunque en hormigón están bien definidos los estándares a seguir para el diseño de una mezcla de hormigón adecuada, hay otras aplicaciones en las que todavía se necesita más investigación para entender el efecto de la incorporación de los residuos de la combustión del carbón, como por ejemplo en el asfalto. En investigaciones realizadas por el Instituto de Investigación de Energía Eléctrica (EPRI por sus siglas en inglés) y el Centro de Utilización de Subproductos de la Universidad de Wisconsin-Milwaukee se estudió la incorporación de residuos de la combustión del carbón en asfalto. El desempeño del asfalto fue examinado utilizando los equipos que son parte de la metodología Superpave®. En esta fase de la investigación se encontró que en concentraciones de menos del 15% por volumen del asfalto, los residuos de la combustión del carbón actúan como una inclusión física que causa un incremento en la rigidez independiente de las propiedades físicas y químicas de estos. Esto demuestra un gran potencial para el mejoramiento de la resistencia al ahuellamiento, a la fatiga y al retraso del envejecimiento del asfalto, lo que a su vez refleja el beneficio que tienen los residuos de la combustión del carbón para extender la vida útil del asfalto.
En la China las cenizas del carbón están siendo exploradas como un posible sustituto de las materias primas utilizadas en la industria de las cerámicas. Esto se debe a que la expansión de la industria de las cerámicas en China, que utiliza tradicionalmente materia prima como el caolín, el feldespato, entre otras, ha provocado una deficiencia en el suministro diario de dichos materiales. Explorando las propiedades básicas de las cenizas del carbón con partículas de diferentes tamaños y sus diferentes roles en cerámica, China ha establecido una nueva tecnología para producir cerámicas compuestas totalmente con fly ash, cuyas propiedades son todas mejores que el estándar nacional.
Otro uso que muestra un gran potencial a futuro es el de extraer elementos raros de las cenizas del carbón. Los elementos raros son un grupo de metales químicamente similares que incluyen 15 lantánidos más el escandio y el itrio. Para el 2018, China controlaba el 70% del suministro en el mercado global. Estos metales son necesarios para la fabricación de computadores, motores, baterías recargables, cámaras, y celulares. Para ponerlo en perspectiva, el IPhone utiliza 9 de estos 17 elementos raros para su fabricación. Además, las cenizas del carbón pueden ser una fuente de nanomateriales de carbón que pueden ser utilizados en electrónicos y la medicina.
Por otro lado, el fly ash, contiene alrededor de un 1% a un 2% de cenosferas que por ser estructuras microscópicas fuertes pero huecas tienen un amplio potencial en diferentes industrias. Por ejemplo, el Instituto Politécnico de la Universidad de Nueva York ha investigado el uso de las cenosferas para producir materiales ligeros que pudieran reducir la cantidad de acero o aluminio utilizado en la fabricación de carros sin comprometer la resistencia de dichos metales. En dicho estudio se proyecta que el peso de un carro se puede reducir al menos en un 10%, lo que se traduce a menos consumo de combustible y por ende menos emisiones.
La Asociación Americana de Cenizas del Carbón (ACAA, por sus siglas en Ingles) reporta que en los Estados Unidos se utiliza alrededor de una tercera parte del fly ash generado por las plantas de carbón. Esto deja el resto del material para ser dispuesto en un relleno sanitario. En los últimos años se han desarrollado equipos que, de ser necesario, pueden mejorar las propiedades del fly ash para su incorporación en el cemento y el hormigón. Aun cuando es evidente que la reducción del uso del carbón para generar energía provocará a su vez la reducción de producción de cenizas del carbón, en los Estados Unidos se pronostica que su uso aumentará de un 56% en el 2018 a un 90% para el 2039.
Esta tendencia ha abierto el espacio para que los estándares, que son más estrictos en cuanto a la aceptación del fly ash para el cemento y el hormigón, sean revisados tomando en cuenta la necesidad de crear materiales de construcción más sostenible sin perjudicar el desempeño de los mismos. Esto refleja la posibilidad de agregar fly ash, que no necesariamente cumple con los estándares, al cemento y al hormigón siempre y cuando se cumpla con una serie de pruebas que miden el desempeño del producto final.
Como se puede observar existe una amplia cantidad de proyectos a nivel mundial que promueven la utilización del fly ash en el cemento y el hormigón para así aprovechar un material con mejor trabajabilidad, resistencia, durabilidad, más económico y sostenible. Mas aún, en el manual de Diseño y Control de Mezclas de Concreto de la Asociación de Cemento Portland (PCA, por sus siglas en Ingles), se puede observar cómo países como Argentina, Chile, Colombia, Ecuador, México, Perú y Uruguay poseen normas de especificación y ensayo para el fly ash. Estos nos indica que no sólo países altamente desarrollados aprovechan la utilización beneficiosa de este residuo. Para que este residuo no afecte a la salud de nuestra población es importante que veamos este residuo no como un desecho tóxico sino, como lo hacen otros países, como una materia prima para la industria del cemento y el hormigón y con muchas posibilidades de serlo para otras industrias.
Presa Hungry Horse en Montana, Estados Unidos.
Puente Great Belt East, Dinamarca.
Torre Pablo Picasso, Madrid, España.
El Coliseo en Roma.
El Panteón en Roma, Italia.
Torres Castor y Pollux, Francfurt, Alemania.
