ASPECTOS AMBIENTALES DE LA SOSTENIBILIDAD EN ESTRUCTURAS DE HORMIGÓN

2.3.1.- Introducción

Los impactos de las actividades humanas sobre el medio ambiente son los aspectos de la sostenibilidad más ampliamente estudiados a nivel internacional, incluso desde antes de que fuese formulada la definición de desarrollo sostenible dada en el apartado anterior. En muchas ocasiones, es el único factor que se maneja cuando se habla coloquialmente de sostenibilidad.

El Anejo 13 de la EHE-08 también presta más atención a los aspectos ambientales, introduciendo ciertas consideraciones económicas a través de la durabilidad, y determinados aspectos sociales, de un modo secundario. Si bien queda claro que los tres pilares de la sostenibilidad son relevantes y que no puede ser obviado el papel de ninguno de ellos, no es ya tan evidente cual es el peso que debe tener cada uno de ellos en el indicador global que pretenda medir la sostenibilidad. Esta circunstancia será discutida en mayor detalle en capítulos posteriores, si bien puede adelantarse que tiene lógica considerar el impacto sobre el entorno como el de mayor relevancia de los tres, habida cuenta de que un deterioro global del ecosistema podría deparar consecuencias irreversibles para el futuro de la humanidad.

Dentro de este contexto, se comienza el desarrollo de las bases del nuevo modelo de evaluación de la sostenibilidad mediante el análisis detallado de los aspectos ambientales implicados en la construcción de estructuras de hormigón.

Para el estudio ambiental del hormigón se requiere la definición de una serie de conceptos previos y de los principales impactos que pueden provocarse sobre el medio, así como el modo de medirlos y clasificarlos. Será necesario también describir brevemente el marco legal en materia de emisiones y las características de los componentes y procesos industriales implicados en el sector del hormigón.

2.3.2.- Análisis de ciclo de vida

La norma UNE-EN ISO 14040:2006 (AENOR, 2006) define el análisis de ciclo de vida (ACV) como “la recopilación y evaluación de las entradas, salidas e impactos ambientales potenciales de un sistema de producto a través de su ciclo de vida”, entendiendo por producto cualquier bien o servicio.

El ACV abarca desde el estudio de las materias primas y recursos utilizados en la producción, hasta la disposición final del producto, una vez agotada su vida útil. Contempla la visión en conjunto de los impactos ocasionados durante el ciclo de vida del producto, en lugar de realizar una evaluación individual de cada propiedad. Se trata de un enfoque holístico, que propugna la concepción de cada realidad como un todo distinto de la suma de las partes que lo componen.

Lo ideal es que las fronteras del sistema considerado para el análisis abarquen desde la extracción de las materias primas, incluyendo los combustibles empleados, hasta el final de la vida útil del producto incluyendo, entre otros aspectos, el manufacturado, transporte, fabricación de bienes de equipo, mantenimiento, desmantelamiento y desecho. Este tipo de análisis es lo que se conoce como “de la cuna a la tumba” (cradle-to-grave). Se habla de análisis “de la cuna a la cuna” cuando el ACV incluye las actividades posteriores necesarias para reutilizar o reciclar los materiales procedentes del desmantelamiento, para su uso en un nuevo producto, que en nuestro caso será una nueva

estructura. Otros tipos habituales de condiciones de contorno para el ACV son las denominadas “de la cuna a la puerta” (cradle-to-gate), incluyendo todos los impactos generados hasta que el producto sale de la fábrica; y “de la cuna al sitio” (cradle-to-site), que abarca desde el origen hasta que el producto alcanza su punto de consumo.

Para el desarrollo de los trabajos comprendidos en esta Tesis se han consultado diferentes ACVs, cuyas referencias se detallarán posteriormente. También se ha empleado la metodología propia de esta herramienta para estudiar los diferentes procesos contemplados.

A efectos ambientales, el ACV proporciona una información relevante tanto en sus entradas como en sus salidas. Las entradas al sistema pueden reducirse, en general, a consumos de materias primas y energía. Entre otros aspectos las salidas incluyen, además del propio producto, las emisiones indeseadas al entorno (a la atmósfera, al medio acuático y al suelo) y la generación de residuos y subproductos. Un análisis de ciclo de vida completo puede ofrecer una larga lista de resultados, tanto más detallada cuanto más exhaustivo sea el estudio realizado. En la actualidad existen paquetes de software especializados en la realización de ACVs, basados en el empleo de bases de datos comerciales con gran cantidad de referencias. Este es el caso, por ejemplo, de SimaPro (PRé Consultants, 2016) y GaBi (Thinkstep, 2016), entre otros.

2.3.3.- Consumo energético

Se define energía primaria como aquella que existe en una forma natural (por ejemplo el carbón), antes de ser convertida a otra forma para su uso final (como podría ser la electricidad) (IEA, 2004). La transformación de un tipo de energía a otro es habitual, existiendo siempre una pérdida debida a los rendimientos de los procesos de conversión empleados. Los procesos basados en la combustión de sustancias fósiles como el carbón, el petróleo o el gas, se emplean ampliamente en la actualidad para la obtención de energía final térmica, eléctrica o mecánica. En general, estos procesos presentan rendimientos bajos; esto implica un consumo de energía primaria muy por encima del consumo “visible” de energía que finalmente se aprovecha por parte del usuario. Para la cuantificación de la energía consumida durante el ciclo de vida de un producto es necesario traducir todos los aportes energéticos en sus procesos a su energía primaria equivalente.

En ocasiones se designa al total de la energía primaria consumida por un material a lo largo de su ciclo de vida por el término inglés “embodied energy” (traducido al español como “energía cautiva”, “energía incorporada” ó “energía gris”), expresado en unidades de energía (MJ o GJ) por unidad de masa, volumen o superficie (Hammond y Jones, 2008; Goggins et al., 2010). Se suele llamar unidad funcional (UF) a ésta última unidad. Así, por ejemplo, en función de lo que se desee hacer, se podría estimar el consumo de energía en MJ por tonelada o por m3 de hormigón, o por m2 de forjado, con un canto determinado.

2.3.4.- Impactos ambientales

Los efectos negativos sobre el medio ambiente relacionados con la producción, utilización y disposición final de un bien o servicio no tienen un carácter unidimensional ni son siempre comparables en los mismos términos, sino que en realidad existe un conjunto de características y emisiones que pueden afectar al entorno de diferentes modos. Se han establecido varias categorías de impactos detalladas, entre otros, por Heijungs et al. (1992). Al igual que se reseñó al definir el

ACV, una relación detallada de todas las posibles categorías de impacto asociadas a un determinado producto puede abarcar una gran cantidad de parámetros y contaminantes. Aun así, no siempre es necesario disponer de una imagen tan completa para establecer una valoración del comportamiento ambiental de una determinada alternativa de producto. Dentro de cada categoría se establece un indicador numérico, generalmente en base a una cantidad de determinada sustancia tomada como parámetro de referencia. A continuación se reseñan brevemente las principales categorías señaladas por Heijungs et al. (1992), habitualmente presentes en los análisis de ciclo de vida.

- Agotamiento de recursos abióticos. Trata de medir la disminución de la disponibilidad de recursos naturales desprovistos de vida (abióticos), incluyendo materias primas y energéticas. Relaciona el consumo de un determinado recurso con las reservas existentes del mismo. La manera de establecer dicha relación puede hacerse de diferentes formas; una de ella es dando al indicador un peso tanto mayor cuanto más escaso sea el recurso. Existe una abundantísima cantidad de tipos de recursos diferentes que se usan en la industria y, por tanto el agotamiento de recursos abióticos puede medirse de forma individual, para cada recurso concreto, y esto se puede hacer, sin grandes problemas, cuando los productos alternativos emplean los mismos materiales y el mismo tipo de energía. Sin embargo este tipo de cuantificación complica las posibles comparaciones entre productos alternativos que empleen materiales y energía de diferentes tipos. Por ello, como en el caso de otras variables, la evaluación se puede realizar empleando una unidad, denominada equivalente, relacionada con un recurso de referencia y aplicable a cualquier producto. Así, por ejemplo, el agotamiento de recursos abióticos puede expresarse en kg equivalentes de antimonio por unidad funcional. Como ya se ha anticipado, no existe un acuerdo global sobre la forma de realizar un ACV, y esa falta de acuerdo incluye la forma de medir los indicadores. Según se ha indicado, el consumo de recursos abióticos puede medirse individualmente; así, por ejemplo, se pueden medir los consumos de:

+ Recursos renovables (p. ej., de madera o agua, en Kg/UF). Téngase en cuenta que algunos recursos renovables dejan de serlo dependiendo de su uso. Así, por ejemplo, el uso indiscriminado de la madera no es sostenible, y en estas condiciones el recurso deja de ser realmente renovable. Para que sea auténticamente renovable debe usarse madera certificada por una entidad de confianza, que compruebe que dicha madera ha sido obtenida de bosques gestionados de forma sostenible, en los cuales se genera más madera natural de la que se tala.

+ Recursos no renovables (p. ej., de árido, en Kg/UF).

También pueden usarse indicadores que den idea de la posible reutilización o reciclaje de los materiales usados. Así, por ejemplo:

+ Reutilización de sistemas constructivos (en la forma de un % sobre el total). + Uso de materiales reciclados, subproductos o residuos (%).

+ Reciclabilidad del producto resultante (%) o facilidad de reciclaje del mismo (puntuación de 0 a 100 o de 0 a 10, o niveles: muy baja, baja, media, alta, muy alta). - Consumo de energía. Se trata de algo ya referido aquí anteriormente, pudiendo emplearse como indicador el consumo total de energía primaria por unidad funcional (de masa,

superficie o volumen, entre otras posibles unidades). Al igual que antes, podemos hacer distinciones entre uso de energías renovables y no renovables.

- Utilización del suelo. Relacionado con la pérdida de biodiversidad, es decir, de variedad de especies animales y vegetales en el medio ambiente, y con la afección de las actividades humanas al suelo y al funcionamiento del ecosistema. Resulta complejo establecer un indicador global de utilización del suelo, y por ello se pueden emplear varios indicadores complementarios para ello. Así, por ejemplo, se pueden evaluar la disminución de suelo para especies naturales, y también los cambios en la calidad del suelo. Ambos efectos pueden hacer disminuir la biodiversidad. También se puede evaluar el coste marginal asociado al uso del suelo: si se van a ocupar vastas extensiones de terreno, es preciso valorar si hay usos alternativos de mayor valor añadido o de mayor repercusión social (agricultura, ganadería, entre otros).

- Cambio climático. Es probablemente la categoría objeto de mayor número de estudios y con mayor presencia en los medios de comunicación, debido a que existen ya síntomas relevantes de los efectos de la elevación de la temperatura del planeta causada por la acumulación de gases de efecto invernadero. Dada su gran relación con algunos de los procesos implicados en la construcción de estructuras de hormigón (producción de acero y de cemento), será abordado en mayor extensión en un epígrafe posterior. Existen diferentes sustancias que pueden provocar efecto invernadero, como es el caso del vapor de agua, el dióxido de carbono (CO2), el metano (CH4), el N2O o los compuestos fluorocarbonados

(CFCs), entre otras. El indicador de cambio climático más usual es el kg equivalente de CO2

por unidad funcional.

- Agotamiento de la capa de ozono. Mide la destrucción de la capa de ozono de la estratosfera, que actúa como filtro frente a radiaciones ultravioleta (UV). La disminución de esta capa incide tanto en el medio como en la salud humana. Los CFCs y los compuestos hidroclorofluorocarburos (HCFCs) son ejemplos de sustancias que provocan este problema. El indicador más usual es el kg equivalente de CFC-11 por unidad funcional.

- Acidificación del medio ambiente. Mide la variación de la acidez del medio debida a la aparición de ácidos derivados de la emisión de óxidos de azufre y nitrógeno (SOx y NOx).

Como indicador se suelen emplean los gramos equivalentes de H+, o bien los kg equivalentes de dióxido de azufre (SO2), por unidad funcional.

- Eutrofización. Consiste en el incremento de la biomasa (organismos vivos) de un ecosistema acuático, como consecuencia de la elevación de la concentración de macronutrientes en el agua, principalmente a base de fosfatos (PO4

3-

) y nitratos (NO3 -

). Se suele producir un crecimiento excesivo de algas, con enturbiamiento del agua. Las algas y otros organismos, cuando mueren, son descompuestos por la actividad de las bacterias. En este proceso la materia orgánica es oxidada, empleándose oxígeno disuelto en el agua. Como poco, la disminución de oxígeno hace que el agua pierda calidad, pudiendo tener problemas de sabor y olor, e incluso pueden aparecer toxinas producidas por algunos tipos de algas. En general la insuficiencia de oxígeno en el agua conduce al desequilibrio del medio y al empobrecimiento de la biodiversidad, con posibilidad de condiciones anaerobias e incluso de extinción de vida aeróbica; los peces suelen ser los principales perjudicados. Teniendo en cuenta que una parte de la fauna y flora externa a las aguas depende de ellas y de su fauna y

flora para su sustento, la eutrofización puede tener también consecuencias sobre el resto del ecosistema. Este indicador se suele medir en kg equivalentes de PO4

3-

por unidad funcional.

- Niebla de verano, contaminación de verano, o formación de foto-oxidantes. En verano, en determinadas condiciones, se puede generar ozono en la troposfera (capa de la atmósfera en contacto con la superficie de la Tierra), por medio de reacciones fotoquímicas entre óxidos de nitrógeno (NOx) y compuestos orgánicos volátiles (COV: CH3CO, C2H2, C2H4, CH4, entre

otros), o por reacciones del CO. El O3 es un agente oxidante e irritante para todos los seres

vivos. Su indicador son los kg equivalentes de etileno (C2H4) por unidad funcional.

- Toxicidad y Ecotoxicidad. Miden la presencia de sustancias tóxicas (por ejemplo, Pb, Zn) en el medio ambiente, por causa por la actividad humana. Se diferencia entre toxicidad humana (Toxicidad) y toxicidad que afecta al medio acuático o terrestre (Ecotoxicidad). Posibles indicadores de toxicidad humana y para el medio son, respectivamente, los kg equivalentes de plomo y de zinc por unidad funcional. Como hemos anticipado, no hay un acuerdo global con respecto al ACV, y también se usa como indicador común a estos dos aspectos el kg de 1,4 diclorobenceno (1,4-DCB) equivalente por unidad funcional.

- Emisiones de partículas. De las partículas emitidas a la atmósfera las de tamaños inferiores quedan en suspensión en el aire y entran en vías respiratorias, siendo perjudiciales para la fauna y las personas. Son especialmente problemáticas las partículas de menos de 10 µm de diámetro (PM10). Este indicador suele medirse Kg de PM10 por unidad funcional. - Otros indicadores. Hasta aquí se han señalado los indicadores más importantes y más frecuentemente empleados. Sin embargo, como se ha anticipado, hay una gran cantidad de emisiones que provocan problemas al medio ambiente y las personas. Son ejemplos de ello indicadores relativos a la emisión de metales pesados al aire y al agua (p. ej., medidos en kg equivalentes de Pb); la emisión de sustancias carcinógenas (p. ej., medidos en kg de hidrocarburos aromáticos policíclicos; HAP); la niebla de invierno, provocada por altas concentraciones de dióxido de azufre (SO2) y partículas en suspensión, que producen

condensación del vapor de agua bajo condiciones de baja temperatura y alta humedad (p. ej., medidos en kg equivalentes de SO2); así como otros indicadores varios relacionados con la

desecación, las radiaciones, el olor, el ruido, la generación de residuos y su vertido a vertederos convencionales y especiales, y los posibles impactos por vertidos líquidos y sólidos al medio.

2.3.5.- Aspectos normativos de las emisiones de gases de efecto invernadero

El Convenio Marco de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático fue establecido en 1992, con objeto de impulsar el estudio de los efectos de las actividades humanas sobre el efecto invernadero y la alteración climática, así como las acciones encaminadas a su mitigación. (Serra, 2004). Los planteamientos de este Convenio fueron desarrollados posteriormente en el Protocolo de Kyoto (UN, 1998).

El Protocolo supone la creación de un mercado de derechos de emisión de gases de efecto invernadero (dióxido de carbono, metano, óxido nitroso, hidrofluorocoarbonos, perfluorocarbonos y hexafluoruro de azufre), como método para el control y la limitación de su concentración en la atmósfera. En la Unión Europea (UE) este mercado se materializó a través de la Directiva 2003/87/CE

del Parlamento Europeo y del Consejo (Parlamento Europeo, 2003). Dicha directiva se traspone al ordenamiento jurídico español a través de la Ley 1/2005 (Jefatura del Estado, 2005). Esta Ley afecta, entre otras, a las instalaciones para la fabricación de clinker en hornos rotatorios con una capacidad superior a 500 toneladas diarias, a las industrias de producción de acero y a las instalaciones de producción de energía eléctrica con potencia superior a 20 MW. Según su artículo 4º, para las instalaciones afectadas es necesario solicitar una autorización para emitir gases de efecto invernadero a la atmósfera. Estas emisiones deben de ser cuantificadas y notificadas. La Ley 1/2005 crea el Registro Nacional de Derechos de Emisión (RENADE), de acceso público y asignado al Ministerio de Medio Ambiente.

2.3.6.- El impacto ambiental del hormigón

Para estudiar los efectos de la construcción de estructuras de hormigón sobre el medio ambiente, es necesario tener en cuenta:

i) Que está formado por cemento, acero, áridos de diferente granulometría, agua y aditivos. ii) Que implica, además de la fabricación o procesado de los anteriores componentes, el transporte de los mismos, la mezcla y preparación del propio hormigón, su transporte al punto de utilización y la ejecución de los elementos estructurales (en obra o en instalaciones industriales, en el caso de la prefabricación).

Para evaluar todo el ciclo de vida de la estructura hay que tener en cuenta también su mantenimiento, reparación, demolición y disposición final de los residuos (reciclaje o vertido).

A modo de introducción, se comentan a continuación una serie de características del hormigón que Ashley y Lemay (2008) señalan como favorables a la sostenibilidad (según dichos autores):

- El hormigón se produce a base de ingredientes que requieren un procesado reducido. - La mayor parte de sus componentes se adquieren y manufacturan a nivel local, disminuyendo el impacto debido al transporte.

- Presenta una vida útil prolongada, tanto en edificios como en infraestructuras, que incrementan el período entre reconstrucción, reparación y mantenimiento.

- Permite el reciclaje de subproductos y residuos industriales.

- En edificación, combina aislamiento con alta inercia térmica y baja permeabilidad de aire. Empleado como pavimento o recubrimiento exterior, reduciendo el efecto urbano denominado “isla térmica”.

Los trabajos llevados a cabo para el desarrollo de esta Tesis permiten discutir algunas de estas afirmaciones, probablemente benévolas en exceso, de cara a introducir los aspectos a tratar en los epígrafes siguientes.

La primera característica que los autores señalan como positiva es, con creces, la más rebatible. Es cierto que la producción de hormigón a partir de sus componentes requiere un proceso sencillo

(dosificación y amasado, principalmente) y que se realiza en instalaciones poco complejas (plantas de hormigón), que incluso pueden ser móviles y estar operadas por un personal mínimo. Sin embargo, la producción de dichos componentes resulta mucho más compleja, costosa y agresiva en términos ambientales. La fabricación de cemento y acero requiere instalaciones de industria pesada, sometiendo a materias primas minerales a procesos térmicos con un elevado consumo de combustibles (principalmente de origen fósil) y energía eléctrica.

Asimismo, la segunda aseveración presenta circunstancias similares. La adquisición de los componentes puede ser local a nivel de la planta de hormigón, que al mismo tiempo no suele ser muy distante de las localizaciones de obra dado que existe un límite de tiempo para el transporte del hormigón fresco. Sin embargo, la producción de esos componentes (en especial el cemento y el