¿De verdad el mundo se está quedando sin arena?
(practical.engineering)- La idea de que el mundo está agotando la arena en sí es una exageración; el problema de la arena para construcción se parece más a un problema de suministro donde se entrelazan calidad, ubicación, costo y regulación ambiental
- En la arena para concreto importan el tamaño y la distribución de las partículas, y aun en regiones con escasez de arena natural se puede producir arena manufacturada triturando rocas grandes y tamizándolas
- La creencia de que la arena redondeada del desierto no sirve para el concreto es una simplificación; el desempeño real depende no solo de la forma de las partículas sino también, en gran medida, de la trabajabilidad y de la relación agua-cemento
- En un experimento de garaje, con la misma proporción de mezcla, el concreto con arena manufacturada angular fue 3 veces más resistente, pero al igualar la misma trabajabilidad, la mezcla con arena redondeada usó 30% menos agua y resultó cerca de 10% más resistente
- La carga de la extracción de arena debe verse como un trade-off de ingeniería y económico que incluye costo de transporte, daño ambiental de la minería fluvial, costos de cumplimiento regulatorio y posibilidad de reciclaje
Un problema de materiales de construcción más complejo que la idea de una escasez de arena
- La arena se usa en vidrio, semiconductores, fibra óptica, filtros, abrasivos, texturas superficiales, juegos, paisajismo y muchos otros usos; en construcción, es especialmente un material clave del concreto
- El concreto puede fabricarse con materiales simples como agua, cemento, grava y arena; es barato, duradero y se puede moldear en muchas formas
- La arena para construcción por lo general se extrae cerca del lugar donde se usa
- El costo de transporte representa una parte importante del costo de la arena
- La distancia entre el sitio de extracción y el de uso está directamente ligada a la viabilidad económica
- La arena de río suele ser adecuada para el concreto, pero la minería fluvial puede alterar las características del cauce y afectar tanto aguas arriba como aguas abajo
- La arena es un recurso no renovable porque se consume mucho más rápido de lo que los procesos geológicos la generan, aunque también existe la opción de triturar roca grande para producir arena de construcción
Cómo distingue la ingeniería los distintos tipos de arena
- En el triángulo textural de suelos del USDA, un material granular con más de 85% de arena se clasifica como arena
- En el Sistema Unificado de Clasificación de Suelos (USCS), el criterio principal es el tamaño de partícula
- Más de la mitad de las partículas debe pasar por el tamiz Number 4, de aproximadamente 5 mm
- No más de la mitad de las partículas puede pasar por un tamiz más fino que el Number 200, de aproximadamente 75 micras
- La arena limpia que normalmente imaginamos se acerca a la categoría de clean sand en el USCS, con menos de 12% de partículas que pasan por el tamiz Number 200
- Esto muestra que la arena no es un material único, sino que abarca un rango bastante amplio de suelos granulares
Arena manufacturada y desempeño del concreto con arena redondeada
- La arena manufacturada puede producirse triturando rocas grandes y luego tamizando para retirar partículas demasiado grandes o demasiado finas
- Ya existen canteras y equipos de trituración que producen agregados gruesos como grava
- En algunos casos, las partículas pequeñas pueden ser un subproducto
- La extracción tierra adentro, fuera de los ríos, puede reducir el impacto ambiental
- La forma de las partículas influye en la resistencia del concreto
- La arena desgastada en tambor tiene partículas redondeadas y lisas
- La arena triturada tiene partículas filosas y angulares
- Si se apilan cantidades iguales, la arena redondeada se dispersa más por su menor fricción
- En mezclas de prueba hechas con el mismo peso de materiales, el concreto con arena manufacturada angular fue más resistente
- El concreto con arena redondeada falló alrededor de las 2,500 unidades de Practical Engineering
- El concreto con arena manufacturada falló alrededor de las 7,500 unidades
- Fue un experimento de garaje, con una sola probeta, y la celda de carga no estaba calibrada
- Investigaciones previas también muestran que, manteniendo constantes las demás condiciones, cuanto más angular es el agregado fino, mayor tiende a ser la resistencia del concreto
El mito de la arena del desierto y la relación agua-cemento
- El concreto no se evalúa solo por su resistencia; antes de endurecer, también importa la trabajabilidad, es decir, que pueda colocarse en el molde y compactarse
- La trabajabilidad suele medirse con la prueba de revenimiento
- Se llena un cono con concreto y luego se levanta
- Se observa cuánto se asienta el concreto para evaluar su fluidez
- Agregar más agua mejora la trabajabilidad y hace que el concreto fluya mejor, pero reduce su resistencia
- El cemento no endurece porque el agua se evapora como si fuera un adhesivo, sino que fragua y cura incorporando agua en una reacción química
- El cemento puede reaccionar con agua equivalente a aproximadamente 35% de su propio peso
- El agua adicional ocupa volumen que podría estar ocupado por un material más resistente
- Al rehacer las mezclas con la misma trabajabilidad, el resultado cambió
- La mezcla con arena manufacturada necesitó 100 ml de agua para alcanzar la trabajabilidad deseada
- La mezcla con arena redondeada necesitó solo 70 ml, usando 30% menos agua
- En la prueba de rotura una semana después, la probeta con arena redondeada falló en 4,800 unidades y la de arena manufacturada en 4,300 unidades
- Decir que la arena redondeada no es apta para el concreto se acerca más a un mito simplificado
- Según un boletín del American Concrete Institute, el efecto de la forma y la textura del agregado fino sobre la resistencia del concreto endurecido está ligado casi por completo a la relación agua-cemento resultante
- Un texto de la ONU citado por el libro de Vince Beiser se apoyaba en un artículo de 2006 sobre arena del desierto en China, pero ese artículo no midió el grado de redondez de las partículas ni interpretó sus resultados a partir de esa característica
- La conclusión de ese artículo incluía que la arena del desierto es una alternativa viable a otros agregados finos para concreto
- El punto clave de ese estudio se relaciona más con la distribución granulométrica que con la forma de las partículas
La verdadera limitación es el costo, el impacto ambiental y la forma de abastecimiento
- Los agregados finos se encuentran en muchas partes del mundo y también pueden fabricarse directamente, pero en la construcción real la restricción clave es el costo
- La arena manufacturada puede ser más cara que extraer un material natural que pueda incorporarse directamente a la mezcla
- Para asegurar la trabajabilidad podrían requerirse materiales adicionales, como aditivos químicos
- Transportar arena de buena calidad desde lejos también eleva los costos
- También aumenta el costo de extraer cumpliendo regulaciones ambientales cada vez más estrictas en todo el mundo
- Más que decir que “los agregados finos se están volviendo escasos en la Tierra”, sería más preciso decir que “la arena se está volviendo mucho más cara que antes”
- El bajo precio y la abundancia de arena son una de las razones por las que se usa tanto concreto, y si cambia la economía de la arena, también pueden cambiar la ingeniería y la industria de la construcción
- En otros materiales ya ha habido casos donde cambios en la forma de abastecimiento modificaron la demanda y el uso
- El 99% de los diamantes industriales son diamantes sintéticos
- Más de un tercio del uso mundial de madera proviene de plantaciones establecidas para tala
- Las maderas de ingeniería, como plywood, OSB y compuestos estructurales, permiten usar la materia prima con mayor eficiencia
- El concreto también puede triturarse y reciclarse como agregado para reutilizarse en nuevo concreto u otros materiales de construcción
- Esto puede reducir la demanda sobre las fuentes naturales
- La demanda de arena y grava en la construcción sigue creciendo, pero el problema no es tanto que el mundo vaya a quedarse sin el material en sí, sino que el abastecimiento se está moviendo hacia un escenario donde se reconocen e incorporan más los costos de obtención y los costos ambientales y futuros
1 comentarios
Opiniones en Hacker News
Algo que me sorprendió al empezar un negocio de remolcadores es que un país puede ser exportador e importador de arena a la vez.
Ciertos tipos de arena van de Estados Unidos a Bahamas para concreto, y otros tipos van de Bahamas a Estados Unidos para acuarios.
La arena especial también se usa para construir canchas de vóleibol reglamentarias.
Cuando reemplazamos el foso de arena para salto de longitud de la federación local de atletismo, descubrimos que tenía que usarse arena de lecho de río, no arena triturada en fábrica.
Es porque, al ser arrastrada continuamente por el río, sus bordes filosos se desgastan y causa menos abrasiones.
La arena no es simplemente arena.
Por ejemplo, Alemania también importa y exporta muchos autos.
Al parecer necesitaban varias propiedades que no se encontraban en el suelo local.
Cuando fuentes citables como el libro de Beiser y un texto de la ONU cometen errores, parece bastante común el patrón de que ese error se difunda como si fuera sentido común, aunque sea falso.
Hay muchos artículos de blog excelentes en los que el autor investiga a fondo y encuentra errores en varios niveles, pero como no son fuentes “citables” para la academia o Wikipedia, las afirmaciones equivocadas siguen propagándose.
Resolver el problema de “qué se considera una fuente citable” es complejo, pero mientras tanto hace falta una forma sencilla y regular de trasladar hallazgos y correcciones bien investigados de fuentes no académicas a un formato citable.
Sobre todo en temas sociales, hay muchos ejemplos de fuentes “inadecuadas” que se aceptan porque favorecen cierto punto de vista.
En áreas STEM por lo general está bien, pero los artículos sobre la vida de las personas deben leerse con cuidado, porque faltan tipos importantes de fuentes y hay mucho sesgo en las biografías.
Es el fenómeno en que un dato citado incorrectamente al principio resulta útil como frase pegajosa, y se sigue repitiendo aunque haya sido refutado muchas veces.
Grady es una especie de héroe del periodismo y los documentales de ingeniería.
Con Practical Engineering aprendí muchísimo sobre cómo funciona el mundo en otras áreas de la ingeniería, y en especial suele cubrir campos desatendidos donde la salida de talento supera la velocidad con la que se lo repone.
Es esperanzador pensar que sus videos podrían hacer que adolescentes quieran entrar al sector de infraestructura, y valoro especialmente la perspectiva tranquila y racional que escasea en el contenido de video actual.
Es difícil llamarlo periodista tradicional, pero ojalá el futuro del periodismo se pareciera a esto: personas con experiencia en un área explicando su propio campo de manera sencilla y clara.
Me pregunto si algún día realmente sentiremos el impacto de esta redistribución de talento y si la ingeniería civil se convertirá en una profesión mejor pagada.
Irónicamente, acabo de toparme con una “catástrofe de arena” totalmente distinta: https://mastodon.social/@mimsical/113232531800424706
Trata de que los crisoles usados para fabricar lingotes de silicio que se convierten en microchips están hechos de arena de cuarzo de altísima pureza, y que el 70% del suministro mundial proviene de un solo lugar en North Carolina: Spruce Pine.
https://news.ycombinator.com/item?id=41701862
Me pregunto si esta mina se usa porque ahora mismo es la más barata y, si desapareciera, todos podrían pasar a proveedores alternativos, o si al desaparecer esa mina no habría ninguna alternativa.
Lamentablemente, los enormes daños en el oeste de North Carolina nos dieron la oportunidad de poner a prueba esa hipótesis: que, aunque Spruce Pine se detuviera, el impacto total en la industria mundial de semiconductores sería relativamente poco visible.
Es un video realmente interesante.
Es la primera vez que veo que se cuestione de frente la idea de que la arena del desierto no sirve para la construcción, que a simple vista parece totalmente inventada.
Creo que ya había aceptado esa idea en mi cabeza sin haberla verificado lo suficiente.
En Alemania, cuando hay mucho sol y mucho viento, a veces incluso pagan para deshacerse de la electricidad sobrante.
Me pregunto qué tal sería usar esa electricidad barata para hacer funcionar trituradoras de roca y producir más arena.
Es un método que usan quienes normalmente queman combustible para obtener calor: pueden precalentar el aire y reducir el combustible necesario, o incluso llevarlo a cero.
Los ladrillos refractarios soportan unos 1000 °C, y una spin-off del MIT usa ladrillos especiales de óxido de cromo dopados con níquel para operar hasta 1800 °C, cerca de la temperatura de una llama de gas natural y aire.
Estos ladrillos tienen conductividad eléctrica, así que también pueden funcionar como elementos calefactores por sí mismos.
https://www.fastcompany.com/91129126/these-bricks-conduct-el...
https://electrifiedthermal.com/
https://dspace.mit.edu/handle/1721.1/130800
Dependiendo de la amplitud de las variaciones de precio, una batería podría ser una inversión mucho mejor.
También están la mano de obra, el desgaste de las máquinas y el costo de oportunidad de usar ese dinero en otra cosa.
Construir una trituradora así y, por ahora, hacerla funcionar solo durante un pequeño x% del tiempo puede no ser una buena inversión.
El libro mencionado es The World in a Grain: The Story of Sand and How It Transformed Civilization, de Vince Beiser.
Trata sobre la arena, un recurso natural cada vez más importante y cada vez más escaso, y sobre las personas que la extraen, la venden y la usan en la construcción, y que a veces incluso matan por ella.
También aborda los graves costos humanos y ambientales que genera la dependencia de la arena, y explica por qué la arena es crucial para la vida moderna, viajando desde Estados Unidos hasta India, China y zonas remotas de Dubái.
https://www.goodreads.com/book/show/36950075-the-world-in-a-...
https://www.goodreads.com/book/show/112974899-material-world
Trata sobre cómo materiales básicos —arena, sal, hierro, cobre, petróleo y litio— han construido imperios, derrumbado civilizaciones y alimentado la creatividad y la codicia humanas durante miles de años.
El mundo moderno no puede existir sin ellos, y la lucha por controlarlos definirá el futuro.
Es cierto eso de que “el concreto supera por mucho a la mayoría de los demás materiales”.
Según Wikipedia, el concreto es la segunda sustancia más usada en el mundo, después del agua.
Estaba leyendo el artículo de Wikipedia al darme cuenta de que, pese a que el concreto es tan común, nunca me había detenido a pensarlo bien, y me sorprende que algo así sea posible.
También habría que ver si se mide por masa o por volumen.
Si este artículo te pareció interesante, definitivamente vale la pena leer Material World: A Substantial Story of Our Past and Future.
Fue uno de los libros que más me abrió los ojos entre los que leí en los últimos años.
Cuando fui de vacaciones a Vietnam hace unos años, el dragado de arena en el río Mekong claramente parecía un gran negocio.
Se veían barcos cargados de arena bajando por el río y, aunque me dijeron que supuestamente estaba protegido, nadie parecía detenerlo.
En Vietnam parecía haber bastante corrupción, y escuché que, por la erosión causada por el dragado, las casas se están derrumbando hacia el río.