Un estudio destacó el potencial del hormigón celular liviano (una mezcla de cemento, agua, aire y un agente espumante) como una alternativa más sostenible para los muros estructurales de corte en áreas propensas a terremotos.
Los investigadores realizaron un análisis del ciclo de vida para medir el impacto ambiental de la construcción de un edificio residencial de siete pisos utilizando hormigón celular liviano en Quito, Ecuador.
¿Por qué el hormigón celular liviano?
El hormigón celular liviano, conocido por sus propiedades ligeras y su aislamiento superior, ofrece importantes ventajas medioambientales en comparación con el hormigón tradicional. Al incorporar un agente espumante, reduce la densidad manteniendo la integridad estructural.
El estudio concluyó que el hormigón celular liviano puede reducir las emisiones de CO2 entre un 15 % y un 28 % en comparación con el hormigón convencional, lo que lo convierte en una solución prometedora para reducir la huella de carbono de los edificios.
A pesar de sus ventajas, se han realizado pocas investigaciones sobre su rendimiento sísmico, en particular en zonas de alto riesgo de terremotos.
El artículo científico, de nombre Hormigón celular: ¿Una alternativa viable con bajas emisiones de carbono para los países en desarrollo en regiones sísmicas?, tuvo como objetivo llenar ese vacío al integrar el análisis del ciclo de vida con la evaluación del desempeño sísmico para evaluar si el hormigón celular liviano podría usarse eficazmente en muros de corte estructurales para edificios de varios pisos ubicados en áreas propensas a terremotos.
Métodos de investigación
Los investigadores analizaron el impacto estructural y ambiental de un edificio residencial de siete pisos en Quito, con una superficie total de 255,44 m2. El diseño de muros de corte estructurales consideró múltiples factores, entre ellos la relación de aspecto, el rendimiento de flexión-compresión, la resistencia al corte y el diseño de la viga de acoplamiento.
Las propiedades mecánicas del hormigón celular liviano siguieron las pautas estándar, adhiriéndose al Código Nacional de Construcción de Ecuador y a los estándares del American Concrete Institute.
Los parámetros sísmicos se evaluaron cuidadosamente a través de un análisis dinámico lineal, incorporando un análisis del espectro de respuesta modal alineado con el Código de Construcción Ecuatoriano. El estudio también consideró los riesgos sísmicos específicos del sitio para comprender la respuesta de la estructura a las fuerzas dinámicas.
Para el análisis del ciclo de vida, los investigadores se centraron en las emisiones derivadas de la producción, el transporte y la construcción de materiales.
Entre los materiales clave analizados se encontraban el hormigón celular premezclado, el acero de refuerzo y el encofrado de madera y acero. También se tuvieron en cuenta la excavación, el relleno y los materiales sobrantes de cimentación. Para mantener el foco en las fuentes más importantes de emisiones de carbono, se excluyeron aspectos como la mano de obra y los materiales auxiliares.
Impacto ambiental y estructural
El estudio, publicado en Structural Concrete, concluyó que las fases de fabricación y construcción de materiales eran las que generaban los impactos ambientales más significativos. En concreto:
- La producción de hormigón celular liviano contribuyó con el 40 % de las emisiones totales de CO2 y el 43 % del consumo total de energía
- La producción de acero de refuerzo tuvo una huella aún mayor: representó el 58 % de las emisiones de CO2 y el 53 % del uso total de energía
- La producción combinada de hormigón y acero fue responsable de casi el 98 % de las emisiones y del consumo de energía
El alto impacto ambiental se atribuyó a la extracción y el procesamiento de materias primas, que requieren un uso intensivo de energía.
Durante la construcción, el colado de losas con hormigón celular y acero de refuerzo tuvo la huella ambiental más significativa debido a la demanda de material.
Los muros, las vigas de acoplamiento y las actividades de movimiento de tierras, como la excavación y el relleno, tuvieron contribuciones menores, representando entre el 0,2 % y el 0,8 % de las emisiones totales de CO2 y el uso de energía.
En términos estructurales, el estudio confirmó que un sistema de hormigón celular liviano para los muros estructurales de corte de 20 cm de espesor tuvo un buen desempeño en condiciones sísmicas.
Bajo carga combinada, el sistema exhibió derivas inelásticas de 0,002 y 0,003 en las direcciones X e Y, respectivamente, dentro de los requisitos de estado límite último y capacidad de servicio de Quito.
Los resultados indican que el hormigón celular liviano puede mantener la rigidez e integridad incluso en entornos propensos a terremotos.
Esta investigación destaca el potencial del hormigón celular como alternativa viable y sostenible al hormigón tradicional en zonas sísmicas. Los resultados muestran que los sistemas de hormigón celular basados en hormigón celular pueden reducir las emisiones de carbono y el consumo de energía, manteniendo al mismo tiempo la integridad estructural esencial para la resistencia a los terremotos.
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