Ud. está en: Contenidos > Seguridad Industrial> Contaminantes Qumicos y Biolgicos> Enciclopedia de la Salud y Seguridad en el Trabajo. 14 - Cemento y hormign

Enciclopedia de la Salud y Seguridad en el Trabajo. 14 - Cemento y hormign

Fecha de Publicación: 12/6/2009

L. Prodan y G. Bachofen*

* Adaptado de los apartados Cemento por L. Prodan y Trabajos de hormign y hormign armado por G. Bachofen de la 3 edicin de la Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo.

Cemento

El cemento es un aglomerante hidrulico empleado en la construccin de edificios y de obras civiles. Es un polvo fino que se obtiene moliendo la escoria de una mezcla de arcilla y piedra caliza calcinada a altas temperaturas. Cuando se aade agua al cemento se forma una pasta que, poco a poco, se va endureciendo hasta alcanzar una consistencia ptrea. Se puede mezclar con arena y grava (rido grueso) para formar mortero y hormign.

Existen dos tipos de cemento: los naturales y los artificiales. Los cementos naturales se obtienen de materiales naturales que tienen una estructura anloga a la del cemento y slo requieren su calcinacin y molienda para proporcionar cemento hidrulico en polvo. El nmero de cementos artificiales es grande y se encuentra en aumento. Cada tipo tiene una composicin y una estructura mecnica diferentes y tiene unos usos y propiedades especficos. Los cementos artificiales se pueden clasificar en cemento portland (que recibe su nombre de la ciudad de Portland, en el Reino Unido) y cemento aluminoso.

  • Produccin

El proceso portland, que representa, con gran diferencia, la mayor parte de la produccin mundial de cemento, se ilustra en la Figura 93.16. Comprende dos etapas: la fabricacin de la escoria y el molido de la misma. Las materias primas utilizadas para la fabricacin de la escoria son materiales calcreos, como la piedra caliza, y arcillosos, como la arcilla. Las materias primas se mezclan y se muelen en seco (proceso seco), o con agua (proceso hmedo). La mezcla pulverizada se calcina en hornos inclinados rotatorios o verticales a una temperatura que va de 1.400 a 1.450 C. Al salir del horno, la escoria se enfra rpidamente para evitar la conversin del silicato triclcico, principal ingrediente del cemento portland, en silicato biclcico y xido de cal.

Las masas de escoria enfriada se mezclan frecuentemente con yeso y otros varios aditivos que controlan el tiempo de fraguado y otras propiedades de la mezcla utilizada. De este modo es posible obtener una amplia gama de cementos diferentes, como por ejemplo: cemento portland normal, cemento de fraguado rpido, cemento hidrulico, cemento siderrgico, cemento de tras, cemento hidrfobo, cemento martimo, cementos para pozos de gas y petrleo, cementos para carreteras o presas, cemento expansivo, cemento magnsico, etc. Finalmente, la escoria se pulveriza en un molino, se criba y almacena en silos, dispuesta para su embalaje y transporte. La composicin qumica del cemento portland es la siguiente:

  • xido de calcio (CaO): 60 al 70 %
  • dixido de silicio (SiO2) (incluyendo un 5 % de SiO2 libre): 19 al 24 %
  • trixido de aluminio (Al3O3): 4 al 7 %
  • xido frrico (Fe2O3): 2 al 6 %
  • xido de magnesio (MgO): menos del 5 %

El cemento aluminoso produce mortero u hormign de alta resistencia inicial. Se fabrica a partir de una mezcla de piedra caliza y arcilla con un alto contenido de xido de aluminio (sin extensores), la cual se calcina a unos 1.400ιC. La composicin qumica del cemento aluminoso es, aproximadamente, la siguiente:

  • xido de aluminio (Al2O3): 50 %
  • xido de calcio (CaO): 40 %
  • xido frrico (Fe2O3): 6 %
  • dixido de silicio (SiO2): 4 %

La escasez de combustibles conduce al aumento de la produccin de los cementos naturales, en especial los que utilizan tobas (cenizas volcnicas). Si es necesario, stas se calcinan a 1.200ιC, en lugar de los 1.400 a 1.450ιC, que se necesitan para la fabricacin de portland. La toba debe contener un 70-80 % de slice libre amorfa y un 5-10 % de cuarzo. Con la calcinacin, la slice amorfa se transforma parcialmente en tridimita y cristobalita.

  • Usos

El cemento se usa como un aglomerante en morteros y hormigones una mezcla de cemento, grava y arena. Variando el mtodo del proceso o incluyendo aditivos, se pueden obtener diferentes tipos de cemento (p. ej., normal, arcilloso, bituminoso, asfltico, de fraguado rpido, espumoso, impermeabilizante, microporoso, armado, tensado, centrifugado, etc).

  • Riesgos

En las canteras de las que se extrae la arcilla, la piedra caliza y el yeso para el cemento, los trabajadores estn expuestos a los riesgos propios de las condiciones climatolgicas, al polvo producido durante el barrenado y el machaqueo, a las explosiones y a avalanchas de rocas y tierra. Pueden ocurrir accidentes de carretera durante el transporte a las fbricas de cemento.

Durante el proceso de fabricacin del cemento, el riesgo principal lo constituye el polvo: En canteras y fbricas de cemento se han medido niveles que oscilan entre 26 y 114 mg/m3. En procesos individuales se han registrado los siguientes niveles de polvo: extraccin de arcilla41,4 mg/m3; molienda y machacado de materia prima79,8 mg/m3; cribado384 mg/m3; pulverizacin de la escoria140 mg/m3; ensacado del cemento 256,6 mg/m3; y carga, etc179 mg/m3. En las fbricas modernas, que emplean el sistema hmedo, ocasionalmente se alcanzan valores mximos durante breves periodos de 15 a 20 mg polvo/m3 de aire. La contaminacin del aire en las inmediaciones de estas fbricas se ha reducido a un 5-10 % de los antiguos valores, gracias en particular al uso extendido de filtros electrostticos. El contenido de slice libre del polvo vara entre el nivel de la materia prima (la arcilla puede contener cuarzo en partculas finas, y puede aadirse arena) y el de la escoria o el cemento, de los cuales la slice libre normalmente habr sido eliminada en su totalidad.

Figura 93.16
Proceso de fabricacin de cemento.

Otros riesgos que existen en las fbricas de cemento incluyen las altas temperaturas ambiente, especialmente cerca de las puertas de los hornos y en las plataformas de stos, el calor radiante y los altos niveles de ruido (120 dB) en la proximidad de los molinos de bolas. Se han encontrado concentraciones de monxido de carbono que oscilan entre cantidades traza y 50 ppm cerca de los hornos de piedra caliza.

Entre los cuadros patolgicos observados entre los trabajadores de la industria del cemento se incluyen las enfermedades del aparato respiratorio, los trastornos digestivos, las enfermedades de la piel, las enfermedades reumticas y nerviosas y trastornos de la vista y del odo.

  • Enfermedades del aparato respiratorio

Los trastornos del aparato respiratorio constituyen el grupo ms importante de enfermedades laborales en la industria del cemento y son el resultado de la inhalacin del polvo contenido en el aire y los efectos de las condiciones macro y microclimticas en el entorno de trabajo. La enfermedad respiratoria ms frecuente es la bronquitis crnica, a menudo asociada a enfisema. El cemento portland normal no causa silicosis, debido a la ausencia de slice libre. Sin embargo, los trabajadores empleados en la produccin de cemento pueden estar expuestos a materias primas que contienen slice libre en distintos grados. Los cementos resistentes al cido, que se usan para planchas refractarias, ladrillos y polvo, contienen altos porcentajes de slice libre, y la exposicin a ellos representa un evidente riesgo de silicosis.

La neumoconiosis causada por el cemento aparece en forma de neumoconiosis benigna de cabeza de alfiler o reticular, que puede aparecer despus de una exposicin prolongada, y cuya progresin es muy lenta. Sin embargo, tambin se ha observado algn caso de neumoconiosis grave, ms probable en trabajadores expuestos a otros materiales distintos de la arcilla y el cemento portland.

Algunos cementos tambin contienen cantidades variadas de tierra diatomea y toba. Se tiene noticia de que al calentarse, la tierra diatomea se vuelve ms txica debido a la transformacin de la slice amorfa en cristobalita, una sustancia cristalina an ms patgena que el cuarzo. Una tuberculosis concomitante puede agravar el curso de la neumoconiosis del cemento.

  • Trastornos digestivos

Ha llamado la atencin la incidencia aparentemente alta delceras gastroduodenales en la industria del cemento. Un examen de 269 trabajadores en fbricas de cemento revel 13 casos delcera gastroduodenal (4,8 %). Subsiguientemente, se provocaronlceras gstricas en conejillos de indias y en un perro alimentado con polvo de cemento. Sin embargo, un estudio realizado en una factora de cemento mostr un grado de absentismo por enfermedad del 1,48-2,69 % debido a lceras gastroduodenales. Dado que las lceras pueden atravesar perodos agudos varias veces al ao, estas cifras no son excesivas cuando se comparan con las de otras profesiones.

  • Enfermedades de la piel

Se informado ampliamente de las enfermedades de la piel y se dice que constituyen un 25 % o ms de todas las enfermedades cutneas laborales. Se han observado varias formas, comprendiendo inclusiones en la piel, erosiones periungulares, lesiones eczematosas difusas e infecciones cutneas (fornculos, abscesos y panadizos). Sin embargo, stas son ms frecuentes entre los que usan el cemento (p. ej., albailes) que entre los trabajadores de las fbricas de cemento.

Ya en 1947 se sugiri que el eczema del cemento podra ser debido a la presencia en el mismo de cromo hexavalente (evidenciado por el ensayo de solucin de cromo). Probablemente, las sales de cromo entran en las papilas drmicas, se combinan con las protenas y producen una sensibilizacin de naturaleza alrgica. Puesto que las materias primas empleadas para la fabricacin del cemento en general no contienen cromo, se ha indicado como posibles fuentes del cromo en el cemento las siguientes: la roca volcnica, la abrasin del revestimiento refractario del horno, las bolas de acero utilizadas en los molinos de pulverizacin y las diferentes herramientas empleadas para machacar y moler las materias primas y la escoria. La sensibilizacin al cromo puede ser la causa que conduce a la sensibilidad al nquel y al cobalto. Se considera que la alta alcalinidad del cemento es un factor importante en las dermatosis del cemento.

  • Trastornos reumticos y nerviosos

Las amplias variaciones macroclimticas y microclimticas que se encuentran en la industria del cemento se cree que son la causa de la aparicin de diversos trastornos del sistema locomotor (artritis, reumatismo, espondilitis y diversos dolores musculares) y del sistema nervioso perifrico (dolores de espalda, neuralgias y radiculitis de los nervios citicos).

  • Trastornos del odo y de la vista

Se ha registrado hipoacusia coclear moderada entre los trabajadores de molinos de cemento. La principal enfermedad de los ojos es la conjuntivitis, que normalmente slo requiere cuidados mdicos en ambulatorio.

  • Accidentes

Los accidentes en las canteras se deben en la mayora de los casos a desprendimientos de tierra o roca o se producen durante el transporte. En las fbricas de cemento, los principales tipos de lesiones por accidente son contusiones, cortes y rozaduras que se producen durante la manipulacin manual.


Medidas de salud y seguridad

Un requisito bsico en la prevencin de los riesgos del polvo en la industria del cemento es el conocimiento preciso de la composicin y, especialmente, del contenido de slice libre en todos los materiales utilizados. Es particularmente importante el conocimiento de la composicin exacta de los nuevos tipos de cemento aparecidos.

En las canteras, las excavadoras deben estar equipadas con cabinas cerradas y ventilacin para asegurar un suministro de aire puro, y deben implantarse medidas de eliminacin del polvo durante el barrenado y machaqueo. La posibilidad de intoxicacin debida a monxido de carbono y gases nitrosos desprendidos durante las voladuras puede evitarse asegurndose de que los trabajadores estn a una distancia adecuada durante dichas voladuras y no vuelvan al punto de la explosin hasta que todos los humos hayan desaparecido. Puede ser necesario el uso de ropa adecuada para proteger a los trabajadores contra las inclemencias del tiempo.

Todos los procesos que van acompaados de polvo en las fbricas de cemento (pulverizado, cribado, transporte en cintas) deben estar equipados con sistemas de ventilacin adecuados, y las cintas transportadoras del cemento o de las dems materias primas deben estar encerradas, tomndose precauciones especiales en los puntos de transferencia. Asimismo, se requiere una buena ventilacin en la plataforma de enfriamiento de la escoria, en el lugar de molido de la escoria y en las plantas de ensacado de cemento.

El problema ms difcil de control del polvo es el de las chimeneas de los hornos de escoria, que generalmente estn dotadas de filtros electrostticos, precedidos de filtros manga u otro tipo de filtros. Los filtros electrostticos pueden ser usados tambin para los procesos de cribado y embalaje, en los que deben combinarse con otros mtodos de control de la contaminacin del aire. La escoria pulverizada debe transportarse en tornillos sin fin encapsulados.

Los puestos de trabajo con calor excesivo deben equiparse con duchas de aire fro y pantallas trmicas adecuadas. No deben realizarse reparaciones en los hornos de escoria hasta que el horno se haya enfriado adecuadamente y, luego deben hacerlo solamente trabajadores jvenes y sanos. Estos trabajadores deben mantenerse bajo supervisin mdica, para controlar sus funciones cardaca, respiratoria y sudoral y evitar el shock trmico. Las personas que trabajan en ambientes de calor deben disponer de bebidas saladas, cuando haga falta.

Las medidas de prevencin de enfermedades de la piel deben incluir la provisin de duchas y cremas para utilizar despus de la ducha. En caso de eczema, puede aplicarse un tratamiento de desensibilizacin: comenzando por retirar a los trabajadores de la exposicin al cemento durante 3-6 meses para permitir su curacin, 2 gotas de una solucin acuosa de dicromato potsico al 1: 10.000 se aplican a la piel durante 5 minutos, 2 a 3 veces por semana. En ausencia de reaccin local o general, el tiempo de contacto se incrementa generalmente a 15 minutos, seguido de un incremento de la concentracin de la solucin. Este procedimiento de desensibilizacin puede aplicarse tambin en el caso de sensibilidad al cobalto, nquel y manganeso. Se ha comprobado que la dermatitis de cromo e incluso la intoxicacin por cromo se pueden evitar y tratar con cido ascrbico. El mecanismo de inactivacin del cromo hexavalente mediante cido ascrbico implica la reduccin al cromo trivalente, que tiene una menor toxicidad, y la formacin compleja subsiguiente de las especies trivalentes.


Trabajos de hormign y hormign armado

Para fabricar el hormign, se mezclan ridos, como arena y grava, con cemento y agua en hormigoneras horizontales o verticales, movidas a motor, de diversas capacidades, instaladas generalmente a pie de obra, aunque a veces resulta ms econmico el empleo de hormign premezclado trado y depositado en un silo en obra. A este fin, las plantas de mezcla de hormign se instalan en la periferia de las ciudades o cerca de las graveras. Para evitar la disgregacin de los componentes de la mezcla, lo cual reducira la resistencia de las estructuras de hormign, el transporte se realiza en camiones especiales con tambor giratorio.

Para transportar el hormign premezclado desde el camin hormigonera o desde el silo hasta la estructura, se emplean gras torre o elevadores. El tamao y altura de ciertas estructuras puede requerir tambin, para el transporte y vertido del hormign premezclado, la utilizacin de bombas de hormign. Hay bombas que elevan el hormign hasta alturas de 100 metros. Dado que la capacidad de las bombas es mucho mayor que la de las gras o elevadores, estas bombas se utilizan en especial para la construccin de pilares altos, torres y silos con ayuda de encofrados deslizantes. Las bombas de hormign suelen ir montadas sobre un camin, y los camiones de tambor giratorio empleados para el transporte del hormign premezclado van frecuentemente equipados con bombas de hormign, lo que permite suministrar el hormign directamente desde la instalacin de mezcla sin pasar por un silo.

  • Encofrados

Los encofrados han seguido un desarrollo tcnico que ha sido posible gracias a la disponibilidad de gras torre mayores, dotadas de plumas ms largas y de mayor capacidad, no siendo ya necesario construir los encofrados in situ.

Existen encofrados prefabricados de hasta 25 m2, especialmente para la construccin de estructuras verticales, tales como fachadas y paredes divisorias de grandes edificios residenciales e industriales. Estos elementos de encofrado tienen una armadura de acero, estn prefabricados en un taller a pie de obra o en una industria especializada, y estn forrados de chapa metlica o paneles de madera. Estos elementos se manejan por medio de una gra y se retiran despus de que el hormign haya fraguado. Segn el mtodo de construccin que se siga, los paneles de encofrado prefabricado se bajan al suelo para limpiarlos o se llevan a la siguiente seccin de muro preparada para el hormigonado.

Las denominadas mesas de encofrado se emplean para construir estructuras horizontales (p. ej., forjados de suelo para grandes edificios). Estas mesas estn formadas por varios elementos estructurales de acero y se pueden ensamblar para formar suelos de distinta superficies. La parte superior de la mesa (es decir, el encofrado del forjado propiamente dicho), se hace descender, una vez fraguado el hormign, por medio de gatos mecnicos o hidrulicos. Para colocar las mesas, llevarlas al piso siguiente y situarlas en posicin se han ideado tiles especiales en forma de pico de ave.

Los encofrados deslizantes o trepantes se emplean para construir torres, silos, pilares de puente y estructuras altas similares. En estos casos se prepara in situ un nico elemento de encofrado; su seccin transversal es igual a la de la estructura a construir y su altura puede variar entre 2 y 4 metros. Las superficies del encofrado en contacto con el hormign estn revestidas de chapas de acero y el conjunto del elemento va unido a unos dispositivos de izado mediante gatos. Como guas de izado se utilizan barras de acero verticales ancladas en el hormign. El encofrado deslizante es empujado hacia arriba por los gatos, a medida que el hormign va fraguando, y la colocacin de la armadura y el hormigonado prosiguen sin interrupcin. Esto significa que el trabajo debe proseguir, da y noche, sin interrupcin.

Los encofrados trepantes se diferencian de los deslizantes en que van anclados al hormign por medio de pasadores roscados. Tan pronto como el hormign vertido fragua hasta alcanzar la resistencia requerida, se retiran los anclajes roscados, se sube el encofrado a la siguiente altura a hormigonar, se ancla y se prepara para el vertido de hormign.

Los llamados carros de encofrado se emplean frecuentemente en obra civil, en particular para construir tableros de puentes. El carro de encofrado sustituye a las muy complicadas cimbras, especialmente al construir puentes o viaductos de una longitud considerable. Los encofrados del tablero del puente correspondientes a la longitud de un tramo se montan sobre una armadura de acero, de forma que los distintos elementos del encofrado se pueden colocar en posicin por medio de gatos y desmontarse lateralmente o hacia abajo cuando el hormign haya fraguado. Una vez terminado el tramo se hace avanzar la estructura de soporte una longitud igual a la de un tramo, se vuelven a fijar los elementos de encofrado en posicin y se hormigona el siguiente tramo.

Cuando se construye un puente utilizando la tcnica llamada en voladizo, la estructura de soporte del encofrado es mucho ms corta que la que se acaba de mencionar. Esta no se apoya sobre el pilar siguiente del puente, sino que debe anclarse en voladizo. Esta tcnica, que se emplea generalmente para puentes muy altos, a menudo utiliza dos estructuras de este tipo, las cuales avanzan por etapas desde los pilares situados a ambos lados del vano.

El hormign pretensado se emplea principalmente en la construccin de puentes, pero tambin en la construccin de estructuras de edificios de diseo especial. Los cordones formados por cables de acero en vainas de chapa de acero o de plstico se dejan embebidos en el hormign al mismo tiempo que las armaduras de refuerzo. Los extremos de los cordones o tendones estn provistos de placas de tesado, de modo que los elementos de hormign pretensado puedan ser tensados con la ayuda de gatos hidrulicos antes de aplicar las cargas sobre ellos.

  • Elementos prefabricados

Las tcnicas de construccin de los grandes edificios residenciales, puentes y tneles se han racionalizado an ms a base de prefabricar elementos tales como losas para suelos, muros, vigas de puente, etc., en una factora especial de elementos de hormign o a pie de obra. Los elementos prefabricados, que despus se montan en la obra, eliminan el montaje, traslado y desmontaje de encofrados y andamios muy complicados, y se evita una gran cantidad de trabajo peligroso en altura.

  • Armaduras de refuerzo

Generalmente las armaduras de refuerzo se entregan en obra cortadas y dobladas de acuerdo con los planos y listas de despiece. Las armaduras de refuerzo se unen unas con otras mediante atado o soldadura, formando jaulas o enrejados, que se colocan en los encofrados antes de verter el hormign, en caso de prefabricar los elementos de hormign en obra o en la factora.

Prevencin de accidentes

La mecanizacin y racionalizacin han eliminado muchos de los riesgos tradicionales en las obras de construccin, pero tambin han creado nuevos peligros. As, las muertes debidas a cadas de altura han disminuido considerablemente gracias al uso de carros de encofrado, estructuras de soporte de encofrados para la construccin de puentes y otras tcnicas. Esto es debido al hecho de que las plataformas de trabajo y las pasarelas con sus barandillas se montan una sola vez y se trasladan junto con el carro de encofrado mientras que en el sistema tradicional de encofrados a menudo se da poca importancia a las barandillas de proteccin. Por otra parte, los riesgos mecnicos aumentan y los elctricos son particularmente graves en ambientes hmedos. Los riesgos de salud son debidos al propio cemento, a los aditivos para su fraguado o impermeabilizacin y a los lubricantes empleados para los encofrados.

A continuacin se comentan algunas medidas de prevencin importantes que se han de tomar en distintas operaciones.

  • Mezcla del hormign

Dado que el hormign se mezcla casi siempre a mquina, deber prestarse atencin especial al diseo y disposicin de los mandos elctricos y de las tolvas de carga de las hormigoneras. En particular, al limpiar las hormigoneras puede ocurrir que se accione inadvertidamente un interruptor, poniendo en marcha el tambor o la tolva y causando lesiones al trabajador correspondiente. Por tanto, los interruptores debern estar protegidos y dispuestos de tal manera que no exista posibilidad de error. Si fuera necesario, debern estar enclavados o dispondrn de cerradura. Las cucharas de carga debern estar exentas de zonas peligrosas para el operario de la hormigonera y para los trabajadores que se muevan por zonas de paso prximas. Tambin habr que asegurarse de que los operarios que limpien los fosos bajo la cuchara de la tolva de carga no se lesionen debido a un descenso accidental de la cuchara.

Los silos para ridos, en especial los de arena, encierran peligros de accidentes mortales. Por ejemplo, los trabajadores que entran en un silo sin una persona que les ayude y sin cinturn de seguridad y cuerda salvavidas pueden caer y quedarse enterrados en el material suelto. Por tanto, los silos debern estar equipados con vibradores y plataformas desde las cuales se pueda empujar la arena adherida, y debern colocarse los correspondientes avisos de precaucin. No deber permitirse la entrada de nadie dentro del silo sin estar acompaado de otra persona que le ayude.

  • Manipulacin y colocacin del hormign

La adecuada distribucin de los puntos de trasvase de hormign y el equipamiento de stos con espejos y jaulas para recibir los cubos, evitan el peligro de lesionar a un obrero que, en caso contrario, debe extender el brazo para coger el cubo y guiarlo a su posicin adecuada.

Los silos de trasvase con elevacin hidrulica debern asegurarse de modo que no se pueda producir su cada sbita por rotura de una tubera.

Cuando se tenga que colocar el hormign en los encofrados por medio de cubos suspendidos del gancho de la gra o por bombeo, se instalarn plataformas de trabajo equipadas con barandillas. Las personas que manejen las gras debern ser
instruidas para este tipo de trabajo y debern tener una visin normal. Cuando se trate de distancias largas, se tendr que utilizar una comunicacin telefnica bidireccional o a base de walkie-talkies.

Cuando se empleen bombas de hormign con tuberas y mstiles, deber prestarse especial atencin a la estabilidad de la
instalacin. Los camiones (mezcladores) con bombas de hormign incorporadas debern estar equipados con interruptores
enclavados que impidan la puesta en marcha de dos operaciones simultneamente. Los agitadores debern estar protegidos de forma que el personal que los maneja no pueda entrar en contacto con las partes mviles. Las cestas para recoger la bola de goma que se lanza a presin por la tubera para su limpieza despus del vertido de hormign, se sustituyen hoy en da por dos codos dispuestos en direcciones opuestas. Estos codos absorben casi toda la presin que se necesita para empujar la bola a travs de la t