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Nuevos materiales

Hormigón de cenizas

Residuos de la quema del bagazo de la caña de azúcar pueden reemplazar en parte a la arena empleada en la construcción civil

EDUARDO CESARUna montaña negra compuesta por 3,8 millones de toneladas de cenizas y restos de bagazo de caña de azúcar quemados. Éstos son los residuos producidos durante un año por la incineración del bagazo en las refinerías de azúcar y alcohol brasileñas. Desde hace ya algún tiempo, las industrias del sector queman el bagazo y la paja de la caña para generar la energía eléctrica destinada al consumo propio y para su venta a terceros, de haber excedente de producción. Las cenizas resultantes de la quema se descartan en rellenos sanitarios o se arrojan en plantaciones de caña de azúcar como abono, aunque existen dudas acerca de su real eficacia en tal sentido. Por cada tonelada de bagazo incinerado, se generan alrededor de 25 kilos de cenizas. Este material fue estudiado por el equipo coordinado por el ingeniero civil Almir Sales, docente de la Universidad Federal de São Carlos (UFSCar), y los resultados muestran que ese residuo podrá tener un destino ambientalmente adecuado y transformarse en un importante insumo para la fabricación de argamasa y hormigón de uso en la construcción civil. Los resultados se presentaron en un artículo publicado en febrero en la versión online de la revista Waste Manajeent.

La propuesta del investigador de la Fuscar consiste en reemplazar parte de la arena actualmente utilizada en la preparación de argamasa y concreto por cenizas de bagazo de caña de azúcar. La investigación, que empezó hace tres años y contó con apoyo financiero de la FAPESP, demostró que el reemplazo de entre un 30% y un 50% en masa de la arena natural por ceniza no solamente preserva las características físicas y mecánicas de un hormigón de buena calidad, sino que también aporta beneficios.  En esa franja de reemplazo, el hormigón elaborado con ceniza puede tener un incremento de resistencia de un 20% con relación al concreto convencional, afirma Sales, quien contó con la colaboración de la doctoranda Sofia Araújo Lima y de otros cinco alumnos de iniciación científica. Asimismo, este tipo de concreto reducirá la necesidad de áreas destinadas los residuos, y al mismo tiempo, llevará menos arena, con lo cual habrá un menor impacto ambiental en los lechos de los ríos, que es de donde se la extrae.

La extracción de arena natural y piedra para hormigón le exige mucho a la naturaleza. Los puertos de arena y de las canteras provocan a menudo desgaste ambiental en los cursos de agua. Estamos empezando a tener dificultades para encontrar arena y piedra natural para de uso en la construcción civil, afirma el investigador de la UFSCar. Recientemente, dice, se registró un aumento del 500% en el precio de la arena en São Luís, la capital del estado de Maranhão, motivado por la cancelación de los permisos ambientales para la extracción de arena en la ciudad.

El concreto elaborado con cenizas de bagazo podrá inicialmente utilizarse en la mayoría de las aplicaciones en la construcción civil. La propuesta inicial es que se emplee en la fabricación de cordones y bocas de tormenta. Varias municipalidades trabajan actualmente aplicando residuos para la producción de material de hormigón. Creemos que a alguna puede interesarle hacer una producción piloto con nuestro hormigón, comenta Sales. Para algunas aplicaciones especiales, tales como concretos estructurales de elevado desempeño, se harán necesarios más estudios.

Parece arena
Para arribar a la conclusión de que la ceniza del bagazo reemplazan bien a la arena, el investigador realizó una serie de ensayos. La caracterización física microscópica demostró que tiene un perfil muy parecido al de la arena natural, con una porción cristalina y un alto tenor de sílice. Los estudios realizados con las muestras extraídas en cuatro centrales de azúcar y alcohol de São Paulo también revelaron la inexistencia de elementos propios para el abono en los residuos. Se trata de un material en su mayor parte inerte y endeble como abono. No hemos hallado una concentración significativa de potasio que justifique el uso de la ceniza como elemento destinado a la corrección de la acidez del suelo, como ha venido sucediendo, destaca Sales.

Otro dato sorprendente revelado por los ensayos fue la presencia de una gran cantidad de metales pesados, entre ellos plomo y cadmio, en las cenizas analizadas. Por tal motivo, su empleo como abono en las plantaciones puede representar un riesgo de contaminación del suelo y de la napa freática. Cauteloso, Sales subraya que hay que hacer estudios más detallados en el área de suelo, con la realización de un muestreo más amplio. Trabajamos con cenizas producidas por una cantidad limitada de refinerías. Pero, de cualquier modo, es un indicio que debe verificarse, afirma. Estos elementos químicos probablemente se incorporaron a la caña de azúcar en la fase de cultivo, cuando se usan insecticidas, herbicidas y maduradores para aumentar la productividad y anticipar el corte. Después de la quema  del bagazo, los metales pesados pasaron a las cenizas.

Los tratamientos para que la ceniza del bagazo pueda utilizarse en la sustitución de la arena, de acuerdo con Sales, son sencillos y de bajo costo. En los casos en que la ceniza contiene fragmentos de bagazo mal quemados, hay que zarandarlos para retirarlos. Sin embargo, en centrales que poseen hornos más modernos, preparados para la producción eficiente de energía eléctrica, el bagazo es totalmente incinerado, razón por la cual no hay necesidad de colarlo. La segunda fase del tratamiento se limita a una molienda para controlar el tamaño de los granos de ceniza; en términos técnicos, se hace un ajuste granulométrico. Con la realización de la molienda, es posible obtener una ceniza muy parecida a la arena, pero de color negro, dice el investigador, quien aclara que la inversión para la adquisición de los molinos encargados de ese procesamiento es relativamente baja y puede diluírsela en el costo de los hornos.

Durabilidad puesta a prueba
Dado que la dosificación ideal de reemplazo de la arena por la ceniza en el cemento ya ha quedado definida (entre un 30% y un 50%), el próximo paso de la investigación consistirá en la realización de ensayos de durabilidad del hormigón. En dichos ensayos, cuya realización está prevista para los próximos 12 meses, también se verificará si el concreto hecho con cenizas posee características adecuadas para proteger las armaduras, es decir, si además de ser durable, puede también resguardar contra el proceso de corrosión al acero empleado en las construcciones de hormigón. Durante estos ensayos, los cuerpos de prueba permanecerán expuestos al ambiente, simulando una situación real. Los ensayos preliminares son alentadores y la tendencia indica que la durabilidad se confirmaría, comenta Sales.

De acuerdo con el investigador de la UFSCar, otros países también buscan alternativas a la arena y la piedra para la producción de argamasa y hormigón. Son los casos de Holanda, Dinamarca y Bélgica, donde estos insumos han sido reemplazados por residuos de construcción y demolición (RCD). El agregado de RCD para efectuar la recomposición de arena y piedra se usa mucho en los países desarrollados, y llega a índices superiores al 70%, dice. En Brasil, varias ciudades cuentan con centrales de reciclado en las cuales se separan los RCDs, se los tritura y se los transforma en arena y piedra para la producción de objetos de concreto. Éste es un camino que ha de seguirse. Debemos aprender a transformar los residuos generados en diversos sectores, incluido el agroindustrial, en hormigón y otros componentes destinados a la construcción civil, para no tener que extraerlos siempre del medio ambiente.

El concreto elaborado con restos de la quema del bagazo de caña no es el primer trabajo del investigador cuyo foco es el aprovechamiento de un residuo y su transformación en un producto de valor agregado. Hace cinco años, coordinó un proyecto que resultó en una patente, destinado a la incorporación del lodo generado en estaciones de tratamiento de agua en hormigón y argamasa. En lugar de enviar el lodo producido en las estaciones a rellenos sanitarios o incineradores, es posible utilizarlo en la fabricación de objetos de concreto.

El proyecto
Uso de ceniza de bagazo de caña de azúcar en la producción de objetos para la infraestructura urbana: caracterización del residuo y evaluación de argamasa y hormigón (nº 08/06486-4); Modalidad Ayuda Regular a Proyecto de Investigación; Coordinador Almir Sales UFSCar; Inversión R$ 124.592,61 (FAPESP)

Artículo científico
SALES, A.; LIMA, S.A. Use of Brazilian sugarcane bagasse ash in concrete as sand replacement. Waste Manajeent. 2010. Versão on-line. doi: 10.1016/j.wasman.2010.01.026

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