Enciclopedia de la Salud y Seguridad en el Trabajo. 14 – Cemento y hormigón

L. Prodan y G. Bachofen*

* Adaptado de los apartados “Cemento” por L. Prodan y “Trabajos de hormigón y hormigón armado” por G. Bachofen de la 3ª edición de la Enciclopedia de salud y seguridad en el trabajo.

Cemento

El cemento es un aglomerante hidráulico empleado en la construcción 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 añade agua al cemento se forma una pasta que, poco a poco, se va endureciendo hasta alcanzar una consistencia pétrea. Se puede mezclar con arena y grava (árido grueso) para formar mortero y hormigón.

Existen dos tipos de cemento: los naturales y los artificiales. Los cementos naturales se obtienen de materiales naturales que tienen una estructura análoga a la del cemento y sólo requieren su calcinación y molienda para proporcionar cemento hidráulico en polvo. El número de cementos artificiales es grande y se encuentra en aumento. Cada tipo tiene una composición y una estructura mecánica diferentes y tiene unos usos y propiedades específicos. 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.

• Producción

El proceso portland, que representa, con gran diferencia, la mayor parte de la producción mundial de cemento, se ilustra en la Figura 93.16. Comprende dos etapas: la fabricación de la escoria y el molido de la misma. Las materias primas utilizadas para la fabricación de la escoria son materiales calcáreos, 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 húmedo). 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 enfría rápidamente para evitar la conversión del silicato tricálcico, principal ingrediente del cemento portland, en silicato bicálcico y óxido 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 rápido, cemento hidráulico, cemento siderúrgico, cemento de tras, cemento hidrófobo, cemento marítimo, cementos para pozos de gas y petróleo, cementos para carreteras o presas, cemento expansivo, cemento magnésico, etc. Finalmente, la escoria se pulveriza en un molino, se criba y almacena en silos, dispuesta para su embalaje y transporte. La composición química del cemento portland es la siguiente:

• óxido de calcio (CaO): 60 al 70 %
• dióxido de silicio (SiO₂) (incluyendo un 5 % de SiO2 libre): 19 al 24 %
• trióxido de aluminio (Al₃O₃): 4 al 7 %
• óxido férrico (Fe₂O₃): 2 al 6 %
• óxido de magnesio (MgO): menos del 5 %

El cemento aluminoso produce mortero u hormigón de alta resistencia inicial. Se fabrica a partir de una mezcla de piedra caliza y arcilla con un alto contenido de óxido de aluminio (sin extensores), la cual se calcina a unos 1.400ι°C. La composición química del cemento aluminoso es, aproximadamente, la siguiente:

• óxido de aluminio (Al₂O₃): 50 %
• óxido de calcio (CaO): 40 %
• óxido férrico (Fe₂O₃): 6 %
• dióxido de silicio (SiO₂): 4 %

La escasez de combustibles conduce al aumento de la producción de los cementos naturales, en especial los que utilizan tobas (cenizas volcánicas). Si es necesario, éstas se calcinan a 1.200ι°C, en lugar de los 1.400 a 1.450ι°C, que se necesitan para la fabricación de portland. La toba debe contener un 70-80 % de sílice libre amorfa y un 5-10 % de cuarzo. Con la calcinación, la sílice 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 método del proceso o incluyendo aditivos, se pueden obtener diferentes tipos de cemento (p. ej., normal, arcilloso, bituminoso, asfáltico, de fraguado rápido, 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 están expuestos a los riesgos propios de las condiciones climatológicas, 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 fábricas de cemento.

Durante el proceso de fabricación del cemento, el riesgo principal lo constituye el polvo: En canteras y fábricas 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: extracción de arcilla—41,4 mg/m3; molienda y machacado de materia prima—79,8 mg/m3; cribado—384 mg/m3; pulverización de la escoria—140 mg/m3; ensacado del cemento— 256,6 mg/m3; y carga, etc—179 mg/m3. En las fábricas modernas, que emplean el sistema húmedo, ocasionalmente se alcanzan valores máximos durante breves periodos de 15 a 20 mg polvo/m3 de aire. La contaminación del aire en las inmediaciones de estas fábricas se ha reducido a un 5-10 % de los antiguos valores, gracias en particular al uso extendido de filtros electrostáticos. El contenido de sílice libre del polvo varía entre el nivel de la materia prima (la arcilla puede contener cuarzo en partículas finas, y puede añadirse arena) y el de la escoria o el cemento, de los cuales la sílice libre normalmente habrá sido eliminada en su totalidad.

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

Entre los cuadros patológicos 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 reumáticas y nerviosas y trastornos de la vista y del oído.

• Enfermedades del aparato respiratorio

Los trastornos del aparato respiratorio constituyen el grupo más importante de enfermedades laborales en la industria del cemento y son el resultado de la inhalación del polvo contenido en el aire y los efectos de las condiciones macro y microclimáticas en el entorno de trabajo. La enfermedad respiratoria más frecuente es la bronquitis crónica, a menudo asociada a enfisema. El cemento portland normal no causa silicosis, debido a la ausencia de sílice libre. Sin embargo, los trabajadores empleados en la producción de cemento pueden estar expuestos a materias primas que contienen sílice libre en distintos grados. Los cementos resistentes al ácido, que se usan para planchas refractarias, ladrillos y polvo, contienen altos porcentajes de sílice libre, y la exposición 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 después de una exposición prolongada, y cuya progresión es muy lenta. Sin embargo, también se ha observado algún caso de neumoconiosis grave, más probable en trabajadores expuestos a otros materiales distintos de la arcilla y el cemento portland.

Algunos cementos también contienen cantidades variadas de tierra diatomea y toba. Se tiene noticia de que al calentarse, la tierra diatomea se vuelve más tóxica debido a la transformación de la sílice amorfa en cristobalita, una sustancia cristalina aún más patógena que el cuarzo. Una tuberculosis concomitante puede agravar el curso de la neumoconiosis del cemento.

• Trastornos digestivos

Ha llamado la atención la incidencia aparentemente alta deúlceras gastroduodenales en la industria del cemento. Un examen de 269 trabajadores en fábricas de cemento reveló 13 casos deúlcera gastroduodenal (4,8 %). Subsiguientemente, se provocaronúlceras gástricas en conejillos de indias y en un perro alimentado con polvo de cemento. Sin embargo, un estudio realizado en una factoría de cemento mostró un grado de absentismo por enfermedad del 1,48-2,69 % debido a úlceras gastroduodenales. Dado que las úlceras pueden atravesar períodos agudos varias veces al año, 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 más de todas las enfermedades cutáneas laborales. Se han observado varias formas, comprendiendo inclusiones en la piel, erosiones periungulares, lesiones eczematosas difusas e infecciones cutáneas (forúnculos, abscesos y panadizos). Sin embargo, éstas son más frecuentes entre los que usan el cemento (p. ej., albañiles) que entre los trabajadores de las fábricas de cemento.

Ya en 1947 se sugirió que el eczema del cemento podría ser debido a la presencia en el mismo de cromo hexavalente (evidenciado por el ensayo de solución de cromo). Probablemente, las sales de cromo entran en las papilas dérmicas, se combinan con las proteínas y producen una sensibilización de naturaleza alérgica. Puesto que las materias primas empleadas para la fabricación del cemento en general no contienen cromo, se ha indicado como posibles fuentes del cromo en el cemento las siguientes: la roca volcánica, la abrasión del revestimiento refractario del horno, las bolas de acero utilizadas en los molinos de pulverización y las diferentes herramientas empleadas para machacar y moler las materias primas y la escoria. La sensibilización al cromo puede ser la causa que conduce a la sensibilidad al níquel y al cobalto. Se considera que la alta alcalinidad del cemento es un factor importante en las dermatosis del cemento.

• Trastornos reumáticos y nerviosos

Las amplias variaciones macroclimáticas y microclimáticas que se encuentran en la industria del cemento se cree que son la causa de la aparición de diversos trastornos del sistema locomotor (artritis, reumatismo, espondilitis y diversos dolores musculares) y del sistema nervioso periférico (dolores de espalda, neuralgias y radiculitis de los nervios ciáticos).

• Trastornos del oído 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 sólo requiere cuidados médicos en ambulatorio.

• Accidentes

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

Medidas de salud y seguridad

Un requisito básico en la prevención de los riesgos del polvo en la industria del cemento es el conocimiento preciso de la composición y, especialmente, del contenido de sílice libre en todos los materiales utilizados. Es particularmente importante el conocimiento de la composición exacta de los nuevos tipos de cemento aparecidos.

En las canteras, las excavadoras deben estar equipadas con cabinas cerradas y ventilación para asegurar un suministro de aire puro, y deben implantarse medidas de eliminación del polvo durante el barrenado y machaqueo. La posibilidad de intoxicación debida a monóxido de carbono y gases nitrosos desprendidos durante las voladuras puede evitarse asegurándose de que los trabajadores estén a una distancia adecuada durante dichas voladuras y no vuelvan al punto de la explosión 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 acompañados de polvo en las fábricas de cemento (pulverizado, cribado, transporte en cintas) deben estar equipados con sistemas de ventilación adecuados, y las cintas transportadoras del cemento o de las demás materias primas deben estar encerradas, tomándose precauciones especiales en los puntos de transferencia. Asimismo, se requiere una buena ventilación 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 más difícil de control del polvo es el de las chimeneas de los hornos de escoria, que generalmente están dotadas de filtros electrostáticos, precedidos de filtros manga u otro tipo de filtros. Los filtros electrostáticos pueden ser usados también para los procesos de cribado y embalaje, en los que deben combinarse con otros métodos de control de la contaminación 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 frío y pantallas térmicas adecuadas. No deben realizarse reparaciones en los hornos de escoria hasta que el horno se haya enfriado adecuadamente y, luego deben hacerlo solamente trabajadores jóvenes y sanos. Estos trabajadores deben mantenerse bajo supervisión médica, para controlar sus funciones cardíaca, respiratoria y sudoral y evitar el shock térmico. Las personas que trabajan en ambientes de calor deben disponer de bebidas saladas, cuando haga falta.

Las medidas de prevención de enfermedades de la piel deben incluir la provisión de duchas y cremas para utilizar después de la ducha. En caso de eczema, puede aplicarse un tratamiento de desensibilización: comenzando por retirar a los trabajadores de la exposición al cemento durante 3-6 meses para permitir su curación, 2 gotas de una solución acuosa de dicromato potásico al 1: 10.000 se aplican a la piel durante 5 minutos, 2 a 3 veces por semana. En ausencia de reacción local o general, el tiempo de contacto se incrementa generalmente a 15 minutos, seguido de un incremento de la concentración de la solución. Este procedimiento de desensibilización puede aplicarse también en el caso de sensibilidad al cobalto, níquel y manganeso. Se ha comprobado que la dermatitis de cromo —e incluso la intoxicación por cromo— se pueden evitar y tratar con ácido ascórbico. El mecanismo de inactivación del cromo hexavalente mediante ácido ascórbico implica la reducción al cromo trivalente, que tiene una menor toxicidad, y la formación compleja subsiguiente de las especies trivalentes.

Trabajos de hormigón y hormigón armado

Para fabricar el hormigón, se mezclan áridos, 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 más económico el empleo de hormigón premezclado traído y depositado en un silo en obra. A este fin, las plantas de mezcla de hormigón se instalan en la periferia de las ciudades o cerca de las graveras. Para evitar la disgregación de los componentes de la mezcla, lo cual reduciría la resistencia de las estructuras de hormigón, el transporte se realiza en camiones especiales con tambor giratorio.

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

• Encofrados

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

Existen encofrados prefabricados de hasta 25 m2, especialmente para la construcción de estructuras verticales, tales como fachadas y paredes divisorias de grandes edificios residenciales e industriales. Estos elementos de encofrado tienen una armadura de acero, están prefabricados en un taller a pie de obra o en una industria especializada, y están forrados de chapa metálica o paneles de madera. Estos elementos se manejan por medio de una grúa y se retiran después de que el hormigón haya fraguado. Según el método de construcción que se siga, los paneles de encofrado prefabricado se bajan al suelo para limpiarlos o se llevan a la siguiente sección 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 están 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 hormigón, por medio de gatos mecánicos o hidráulicos. Para colocar las mesas, llevarlas al piso siguiente y situarlas en posición se han ideado útiles 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 único elemento de encofrado; su sección 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 hormigón están revestidas de chapas de acero y el conjunto del elemento va unido a unos dispositivos de izado mediante gatos. Como guías de izado se utilizan barras de acero verticales ancladas en el hormigón. El encofrado deslizante es empujado hacia arriba por los gatos, a medida que el hormigón va fraguando, y la colocación de la armadura y el hormigonado prosiguen sin interrupción. Esto significa que el trabajo debe proseguir, día y noche, sin interrupción.

Los encofrados trepantes se diferencian de los deslizantes en que van anclados al hormigón por medio de pasadores roscados. Tan pronto como el hormigón 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 hormigón.

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 posición por medio de gatos y desmontarse lateralmente o hacia abajo cuando el hormigón 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 posición y se hormigona el siguiente tramo.

Cuando se construye un puente utilizando la técnica llamada en voladizo, la estructura de soporte del encofrado es mucho más 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 técnica, 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 hormigón pretensado se emplea principalmente en la construcción de puentes, pero también en la construcción de estructuras de edificios de diseño especial. Los cordones formados por cables de acero en vainas de chapa de acero o de plástico se dejan embebidos en el hormigón al mismo tiempo que las armaduras de refuerzo. Los extremos de los cordones o tendones están provistos de placas de tesado, de modo que los elementos de hormigón pretensado puedan ser tensados con la ayuda de gatos hidráulicos antes de aplicar las cargas sobre ellos.

• Elementos prefabricados

Las técnicas de construcción de los grandes edificios residenciales, puentes y túneles se han racionalizado aún más a base de prefabricar elementos tales como losas para suelos, muros, vigas de puente, etc., en una factoría especial de elementos de hormigón o a pie de obra. Los elementos prefabricados, que después 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 hormigón, en caso de prefabricar los elementos de hormigón en obra o en la factoría.

Prevención de accidentes

La mecanización y racionalización han eliminado muchos de los riesgos tradicionales en las obras de construcción, pero también han creado nuevos peligros. Así, las muertes debidas a caídas de altura han disminuido considerablemente gracias al uso de carros de encofrado, estructuras de soporte de encofrados para la construcción de puentes y otras técnicas. 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 protección. Por otra parte, los riesgos mecánicos aumentan y los eléctricos son particularmente graves en ambientes húmedos. Los riesgos de salud son debidos al propio cemento, a los aditivos para su fraguado o impermeabilización y a los lubricantes empleados para los encofrados.

A continuación se comentan algunas medidas de prevención importantes que se han de tomar en distintas operaciones.

• Mezcla del hormigón

Dado que el hormigón se mezcla casi siempre a máquina, deberá prestarse atención especial al diseño y disposición de los mandos eléctricos 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 deberán estar protegidos y dispuestos de tal manera que no exista posibilidad de error. Si fuera necesario, deberán estar enclavados o dispondrán de cerradura. Las cucharas de carga deberán estar exentas de zonas peligrosas para el operario de la hormigonera y para los trabajadores que se muevan por zonas de paso próximas. También habrá 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 áridos, 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 cinturón de seguridad y cuerda salvavidas pueden caer y quedarse enterrados en el material suelto. Por tanto, los silos deberán estar equipados con vibradores y plataformas desde las cuales se pueda empujar la arena adherida, y deberán colocarse los correspondientes avisos de precaución. No deberá permitirse la entrada de nadie dentro del silo sin estar acompañado de otra persona que le ayude.

• Manipulación y colocación del hormigón

La adecuada distribución de los puntos de trasvase de hormigón y el equipamiento de éstos 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 posición adecuada.

Los silos de trasvase con elevación hidráulica deberán asegurarse de modo que no se pueda producir su caída súbita por rotura de una tubería.

Cuando se tenga que colocar el hormigón en los encofrados por medio de cubos suspendidos del gancho de la grúa o por bombeo, se instalarán plataformas de trabajo equipadas con barandillas. Las personas que manejen las grúas deberán ser
instruidas para este tipo de trabajo y deberán tener una visión normal. Cuando se trate de distancias largas, se tendrá que utilizar una comunicación telefónica bidireccional o a base de walkie-talkies.

Cuando se empleen bombas de hormigón con tuberías y mástiles, deberá prestarse especial atención a la estabilidad de la
instalación. Los camiones (mezcladores) con bombas de hormigón incorporadas deberán estar equipados con interruptores
enclavados que impidan la puesta en marcha de dos operaciones simultáneamente. Los agitadores deberán estar protegidos de forma que el personal que los maneja no pueda entrar en contacto con las partes móviles. Las cestas para recoger la bola de goma que se lanza a presión por la tubería para su limpieza después del vertido de hormigón, se sustituyen hoy en día por dos codos dispuestos en direcciones opuestas. Estos codos absorben casi toda la presión que se necesita para empujar la bola a través de la t