Caracterización del comportamiento ambiental de áridos procedentes del reciclado de las escorias de acería de horno eléctrico para su empleo en construcción de carreteras

Resumen

El paso hacia un sistema de transporte más sostenible pasa, entre otras cosas, por reducir el consumo de recursos naturales en la cons- trucción de carreteras y la generación de residuos. Para ello, el Centro de Estudios del Transporte del CEDEX está estudiando las posibili- dades de utilización de los áridos procedentes del tratamiento de residuos para su empleo en la construcción de firmes de carreteras. Las nuevas soluciones que se proponen deben ser ensayadas tanto desde el punto de vista de su comportamiento funcional como ambiental. Para verificar que su uso no supone una afección al medio ambiente, el CEDEX ha realizado para la Dirección General de Calidad y Eva- luación Ambiental y Medio Natural (DGCEAMN) del Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (MAPAMA) un trabajo consistente en el “Estudio del comportamiento ambiental de los áridos procedentes del reciclado de los de residuos de construcción y demolición (RCD) y de las escorias de acería de horno eléctrico (EAHE) para su utilización en la construcción de firmes de carretera”. Los resultados obtenidos de la caracterización ambiental de los áridos procedentes de EAHE se presentan en este artículo, al que ya le pre- cedió otro con los resultados de los RCD

1. LOS ÁRIDOS RECICLADOS EN LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS

Una de las líneas de trabajo del Centro de Estudios del Transporte del CEDEX está dirigida al estudio de las posibilidades de utilización de los áridos procedentes del tratamiento de residuos en la construcción de firmes de carreteras. Para ello, se ha de verificar que dichos áridos cumplan los requisitos técnicos que sean de aplicación en la misma medida que los áridos naturales. Adicionalmente se ha de controlar que su uso no suponga una afección al medio ambiente. Para verificar este último aspecto, el CEDEX ha realizado para la Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental y Medio Natural (DGCEAMN) del Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (MAPAMA) un trabajo consistente en el “Estudio del comportamiento ambiental de los áridos procedentes del reciclado de los residuos de construcción y demolición (RCD) y de las escorias de acería de horno eléctrico (EAHE) para su utilización en la construcción de firmes de carretera”. Los resultados de la caracterización ambiental de las EAHE se presentan en este artículo, habiendo ya presentado las de los RCD en un artículo anterior publicado en esta revista.

La utilización de áridos procedentes de residuos en la construcción de carreteras se puede vincular directamente con las políticas que se están impulsando desde la Unión Europea encaminadas a fomentar el empleo de los recursos disponibles de una forma más eficiente, promoviendo un crecimiento económico sostenible. Esta política implica moverse de un modelo tradicional de crecimiento de tipo lineal a un modelo circular. Es decir, la sociedad del siglo XXI ya no se puede permitir “consumir y tirar” sino que ha de pensar en utilizar los recursos de una manera que sea sostenible.

Para avanzar en esta senda, la Comisión Europea adoptó en 2015 un paquete de medidas sobre la economía circular. Algunos de los elementos clave que se proponen se refieren a la implementación de medidas concretas para promover la reutilización, convirtiendo los subproductos de una industria en potenciales materias primas de otra; en esta línea, se ha establecido un objetivo de reducción de eliminación en vertedero a un máximo del 10% de todos los residuos de aquí a 2030.

La construcción es uno de los sectores que más recursos naturales consume. Por ello, una de las consecuencias inmediatas de trasladar los postulados de la economía circular a la construcción y mantenimiento de las infraestructuras viarias pasaría, entre otras cosas, por promocionar el empleo de áridos alternativos a los áridos naturales y el diseño eficiente para minimizar el consumo de recursos; en definitiva, la optimización de los flujos de materiales, energía y residuos.

No obstante, a la hora de llevar a la práctica este tipo de actuaciones, se presentan barreras que dificultan su implementación. Uno de los principales obstáculos a los que se ha de hacer frente es la ausencia de guías o recomendaciones para el empleo de los áridos reciclados, especialmente en lo referente a su comportamiento ambiental.

Alineado con estas consideraciones y con el paquete de medidas y el plan de acción para una economía circular de la Comisión Europea, el Gobierno español a través del MAPAMA ha elaborado la Estrategia Española de Economía Circular, cuya fase de información pública concluyó el pasado 13 de marzo.

El Plan de Acción de la Estrategia Española prevé un total de 70 medidas, hasta 2020, para impulsar los cambios necesarios en los modelos de producción y consumo. Entre las medidas propuestas se recoge una referida al empleo de los RCD en unidades de obra de carreteras y de las EAHE para su utilización como árido para mezclas bituminosas en capas de rodadura. Se considera por ello muy oportuno divulgar los resultados de la experimentación efectuada de cara a definir el procedimiento para validar ambientalmente la posibilidad de empleo de estos materiales en la construcción de carreteras, garantizando la salud de las personas y la protección al medio ambiente.

2. CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL DE LOS ÁRIDOS RECICLADOS PARA SU EMPLEO EN LA CONSTRUCCIÓN DE CARRETERAS

Todo producto de construcción está regulado por el Reglamento de Productos de la Construcción (RPC, Reglamento (UE) No. 305/2011), sucesor de la Directiva de Productos de la Construcción (DPC, Directiva 89/106/EC), y por tanto deben cumplir los requisitos técnicos (o funcionales) establecidos en las normas armonizadas de áridos (marcado CE). Sin embargo, en las normas de producto todavía no se han implementado los requisitos que se refieren a “Salud, higiene y medio ambiente” (Requisito Esencial 3) que describirían las características referidas al comportamiento ambiental para el marcado CE. Es decir, se deberán proponer unos métodos de ensayo que permitan evaluar la liberación de sustancias peligrosas al suelo, a las aguas subterráneas y a las aguas superficiales y marinas. Es más, bajo la óptica del RPC, se deberá considerar todo el ciclo de vida del producto y no solo la etapa de uso.

En estos momentos, los trabajos se centran en definir los métodos que se referirán de forma específica a los áridos y su forma de aplicación, a partir de los propuestos para la caracterización horizontal de la liberación de sustancias peligrosas en los productos de construcción, basados a su vez, precisamente, en los ensayos disponibles para residuos. Estos métodos horizontales se han desarrollado en el seno del comité CEN/TC 351 “Asessment of release of dangerous

substances”, dando cumplimiento al mandato M366 ¹ . Los trabajos dirigidos a determinar su forma de aplicación a los áridos se llevan a cabo en el comité CEN/TC 154/ WG13 “Dangerous substances”. Por su parte, el Centro de Estudios del Transporte (CET) del CEDEX, miembro del citado grupo de trabajo y coordinador del grupo de trabajo espejo español (CTN 146 GT13), trabaja activamente en la puesta a punto de los métodos de ensayo para evaluación de la liberación de sustancias peligrosas. Los métodos de ensayo están ligados a los escenarios de uso previsto, definidos en función de la forma en la que el agua entra en contacto con el producto de construcción según su ámbito de aplicación (tabla 1).

¹ El mandato M366 indica lo siguiente: “Horizontal complement to the Mandates to CEN/CENELEC concerning the execution of standardisation work for the development of horizontal standardised assessment methods for harmonised approaches relating to dangerous substances under Constructions Product Directive (CPD)”.

Tabla1.

Especificaciones técnicas relativas a los distintos ensayos de lixiviación desarrollados por el CEN/TC 351

Normativa - Método de ensayo	Ámbito de aplicación
CEN/TS 16637-1:2014 Guía para determinar el método de lixiviación y las etapas de ensayo adicionales	Establece los criterios para seleccionar el ensayo de lixiviación más apropiado para determinar la liberación de sustancias peligrosas, en función del tipo de material y de sus características
CEN/TS 16637-2:2014 DSLT “Dynamic Surface leaching test” (Ensayo de lixiviación de superficie dinámica).	Representa la circulación del agua en materiales monolíticos.
CEN/TS 16637-2:2014 GLHC “Granular Low Hydraulic Conductivity” (Ensayo de lixiviación de productos granulares con baja conductividad hidráulica	Reproduce el mismo escenario que el ensayo DSLT, pero aplicado a materiales granulares de granulometría fina y naturaleza arcillosa y aquellos que exhiben propiedades autocementantes. Aunque se trata de productos de construcción granulares, su limitada conductividad hidráulica impide su evaluación mediante el ensayo de columna de percolación.
CEN/TS 16637-3:2016 “Horizontal up-flow percolation test” (Ensayo de lixiviación en columna con flujo ascendente).	Ensayo aplicable a materiales granulares con una conductividad hidráulica adecuada para el desarrollo del ensayo y una granulometría definida.

La aplicación de los nuevos ensayos propuestos por el CEN/TC351/WG1 a distintas familias de áridos permitirá evaluar, entre otras cosas, si se pueden considerar métodos adecuados para su empleo en el proceso de caracterización ambiental de los áridos para la construcción de carreteras. A tal efecto, la Subdirección General de Residuos de la Dirección General de Calidad y Evaluación Ambiental y Medio Natural (DGCEAMN) del Ministerio de Agricultura y Pesca, Alimentación y Medio Ambiente (MAPAMA) encargó al CEDEX la realización de un estudio encaminado a profundizar en el comportamiento ambiental de dos corrientes de áridos reciclados: los procedentes de los residuos de construcción y demolición (RCD) y las escorias de acería de horno eléctrico (EAHE).

Para estudiar el comportamiento ambiental de ambos materiales se seleccionó el escenario aplicable a materiales granulares con una conductividad hidráulica suficiente como para que el agua circule a su través. Este escenario de uso representaría un empleo de los materiales como zahorra para capa de base en un firme; uso para el que ambos áridos (RCD y EAHE), a priori, cumplirían las especificaciones técnicas previstas. El ensayo de lixiviación que se aplicó fue, consecuentemente, el ensayo en columna CEN/TS 16637-3), por tratarse de un material granular con una conductividad hidráulica apreciable. En paralelo, se ha llevado a cabo un ensayo experimental a escala intermedia entre el laboratorio y la carretera, con el fin de validar los resultados obtenidos 1 El mandato M366 indica lo siguiente: “Horizontal complement to the Mandates to CEN/CENELEC concerning the execution of standardisation work for the development of horizontal standardised assessment methods for harmonised approaches relating to dangerous substances under Constructions Product Directive (CPD)”. en los ensayos en columna. Ambos tipos de ensayo se describen a continuación de manera somera.

2.1. Ensayo de lixiviación en columna

Para caracterizar medioambientalmente las EAHE se ha estudiado la liberación de sustancias, potencialmente peligrosas, mediante el ensayo de lixiviación en columna de flujo ascendente, de acuerdo con la especificación técnica CEN/TS 16637-3:2016, desarrollada por el comité CEN/TC 351.

El ensayo se ha realizado en columnas con dos tipos de diámetros: 50 y 100 mm (foto 1) y por triplicado, es decir, tres columnas iguales para cada diámetro. Una vez montadas y compactadas las columnas (foto 2), se hace pasar el agua destilada/desionizada en sentido ascendente.

El sistema automático para dosificación de agua y recogida de las fracciones de lixiviado está ajustado a los parámetros indicados en la especificación técnica CEN/TS 16637-3:2016 que, para la fase inicial, son los siguientes:

• Tiempo de llenado inicial: entre 2 y 6 horas.
• Tiempo de reposo: entre 12 y 72 horas.

Una vez terminada la fase inicial (llenado y reposo), el sistema empieza a tomar las fracciones de lixiviado con una velocidad lineal de: 300 ± 40 mm/día. En función del diámetro de la columna y la velocidad lineal seleccionada, se ajusta el caudal de agua en mI/h. Por ejemplo, para una velocidad lineal de 340 mm/día, se tendría un caudal de 27,8 ml/h para la columna de 50 mm de diámetro y de 111,1 ml/h para la de 100 mm.

Se recogen siete fracciones de lixiviado con las siguientes relaciones líquido/sólido (L/S) acumuladas: 0,1 – 0,2 – 0,5 – 1,0 – 2,0 – 5,0 – 10,0 l/kg.

Para determinar el volumen de cada fracción de lixiviado (en función de su relación L/S), se utiliza el valor de masa seca de la muestra, es decir, descontando el contenido de agua de la misma. Para ello, previo a la realización de este ensayo, se determina el residuo seco del material a ensayar (UNE-EN 14346:2007 “Caracterización de residuos. Cálculo de la materia seca por determinación del residuo seco o contenido en agua”).

Por lo tanto, la duración del ensayo depende de las propiedades físicas del material ensayado: densidad, permeabilidad, porosidad, etc. Para el caso de las EAHE, el ensayo ha durado 25 días aproximadamente.

Foto 1. Columnas de EAHE de 50mm (izquierda) y 100mm (derecha) para ensayo de lixiviación

Foto 2. Ensayo de lixiviación de EAHE (CEN/TS 16637-3:2016).

2.2. Ensayos de campo

Con el objeto de disponer de información adicional complementaria a los ensayos descritos anteriormente, se han realizado unos ensayos de campo a escala intermedia entre el laboratorio y la carretera, simulando con la mayor exactitud posible el escenario que tendría lugar en un caso real en carretera. Los dispositivos diseñados para este ensayo han consistido en unas cubetas capaces de albergar una capa de material de espesor similar al de una zahorra artificial que se emplearía como base en un firme de carretera diseñado para un tráfico pesado T2 a T4.

Además, se ha incorporado encima de cada cubeta un sistema de riego por goteo que, mediante una bomba peristáltica previamente ajustada, ha permitido distribuir el agua de manera uniforme por toda la superficie del material y mantener un flujo constante a través del mismo (foto 3). En concreto, el caudal se ha mantenido entre 0,5 y 1,2 l/h durante las 600 horas que ha durado este ensayo de campo para las EAHE.

El agua, por permeabilidad, ha atravesado la capa de material y se ha recogido en otro recipiente desde el que, mediante la bomba peristáltica, se ha impulsado de nuevo al contenedor del material (foto 3). Dependiendo de la permeabilidad del material, se ha ido ajustando la potencia de la bomba para que el caudal de agua fuese el adecuado, evitando que se produjeran encharcamientos en la parte superior.

Se trata, por lo tanto, de un sistema de recirculación de agua en continuo (flujo constante) que ha permitido obtener un lixiviado muy concentrado y, en consecuencia, determinar la presencia de todos los elementos contaminantes que dicho material pudiera liberar.

Se han recogido muestras de lixiviado de la cubeta inferior, cada 150 horas, para determinar su composición posteriormente.

Este ensayo de campo, sin duda, ha reproducido unas condiciones más desfavorables que las habituales de una carretera, si bien existen dos factores importantes que han supuesto una dificultad a la hora de cuantificar el volumen de lixiviado y, por tanto, la concentración real de los elementos contaminantes presentes en dicho lixiviado. Por una parte, el efecto de la temperatura, que produjo pérdidas de agua por evaporación y obligó a añadir agua en varias ocasiones para continuar con el ensayo y, por otra, la absorción de agua que tiene el propio material (en función de sus propiedades higroscópicas).

Foto 3. Dispositivo para el ensayo de campo (cubeta superior con el material y cubeta inferior para recogida del lixiviado).

En consecuencia, este ensayo de campo se puede considerar adecuado para determinar, de forma cualitativa, la presencia de elementos contaminantes por lixiviación de los áridos, pero si se quieren cuantificar dichos elementos, habría que realizar el ensayo de percolación en columna.

2.3. Ensayos de caracterización de los lixiviados

Las muestras de lixiviado recogidas en los ensayos de columna y de campo se han analizado químicamente para caracterizar su composición y, en concreto, determinar la liberación de elementos/sustancias potencialmente contaminantes. En función de la presencia o ausencia de sustancias peligrosas y de sus respectivas concentraciones, se evaluarán las posibilidades de utilización de las EAHE analizadas en la construcción de carreteras, desde el punto de vista medioambiental.

Los ensayos de caracterización de los lixiviados se realizan por dos técnicas instrumentales diferentes, que se describen a continuación:

• Espectrometría óptica de emisión atómica, con plasma acoplado inductivamente (ICP-OES): En esta técnica, la introducción continua de la muestra líquida y un sistema de nebulización forma un aerosol que es transportado por el Argon a la antorcha del plasma, acoplado inductivamente por radio frecuencia. En el plasma, debido a las altas temperaturas generadas, los analitos son atomizados e ionizados generándose los espectros de emisión atómicos de líneas características. Los espectros son dispersados por la red de difracción y el detector sensible a la luz se encarga de medir las intensidades de las líneas. La información es procesada por el sistema informático.
• Cromatografía iónica (CI): Este método se centra en la separación y determinación de iones (y moléculas polares), basándose en el uso de columnas de intercambio iónico. Estas columnas retienen en mayor o menor grado a los analitos en función de sus interacciones iónicas (polaridades). La superficie de la fase estacionaria presenta grupos funcionales de carácter iónico que interaccionan con los iones de carga opuesta presentes en la disolución. Cada analito es eluido de la columna con diferente tiempo de retención, parámetro que permite su identificación cualitativa. Existe una amplia gama de detectores (conductimétrico, amperométrico, UV, etc.) donde se registra la señal obtenida respecto al tiempo. El resultado es un cromatograma donde la posición de los máximos indica el ion presente (análisis cualitativo) y el área corresponde a su concentración en la disolución (análisis cuantitativo).

En este estudio concreto, la técnica de ICP-OES se ha utilizado para la determinación de cationes o metales presentes en los lixiviados de las EAHE ensayadas y la CI se ha centrado en la determinación de aniones inorgánicos: Fluoruros, cloruros, nitritos, bromuros, nitratos, fosfatos y sulfatos.

Foto 4. Espectrómetro ICP-OES del CET.

Los ensayos para determinar el contenido en metales (ICP-OES) se han realizado en el Laboratorio de Geotecnia (LG) del CEDEX y, posteriormente, contrastados en el Centro de Estudios del Transporte (CET) por medio de un espectrómetro ICP-OES recientemente adquirido (foto 4).

Se trata de un equipo más completo, capaz de analizar incluso las muestras más complejas y determinar un mayor número de elementos químicos (por ej. Hg y Mo), con mejores límites de detección (hasta 0,1 μg/l o ppb) y, en definitiva, más rápido (muestreador automático) y preciso gracias a su tecnología “Dual View” vertical sincrónica (todas las líneas de emisión en una sola lectura).

Gracias a la adquisición de este equipo, se ha podido mejorar la respuesta al apoyo técnico solicitado al CET por la Subdirección General de Residuos de la DGCEAMN en las Encomiendas de Gestión, presente y futuras, en relación con los mecanismos de lixiviación y la incorporación de sustancias peligrosas al agua y al suelo, y poder de esta forma, extrapolar los resultados del laboratorio a la carretera.

3. RESULTADOS DE LA CARACTERIZACIÓN AMBIENTAL DE LOS ÁRIDOS PROCEDENTES DEL RECICLADO DE LAS ESCORIAS DE ACERÍA DE HORNO ELÉCTRICO

3.1.Las escorias de acería de horno eléctrico

El proceso de fabricación del acero, tanto común como especial, en las acerías de horno de arco eléctrico se compone de dos etapas: la primera, denominada metalurgia primaria o fusión, en la que se produce la fusión de las materias primas y la segunda, denominada metalurgia secundaria o afino del baño fundido, que se inicia en el horno de arco eléctrico y finaliza en el horno de cuchara.

La principal materia prima empleada es la chatarra de hierro dulce o acero. Como elementos auxiliares se pueden cargar también pequeñas cantidades de fundición, de mineral de hierro y de ferroaleaciones.

La etapa de fusión incluye una serie de fases como la oxidación, dirigida a eliminar las impurezas de manganeso y silicio, la defosforación y la formación de escoria espumante en la que se acumulan todas las impurezas. Al final de todas esas fases se extraen las escorias negras.

A continuación, se ofrece un gráfico con la producción de escoria negra de acero al carbono correspondiente al año 2016 (no se incluye el dato de escoria procedente de la fabricación de acero inoxidable). Si se compara con el ratio con el que se suele trabajar de generación de RCD2, la cantidad es sensiblemente menor.

La producción de escoria destinada a la construcción de carreteras fue de casi el 50% del total, esto es, unas 475.000 t.

3.2. Resultados de la caracterización ambiental

Con objeto de efectuar la caracterización ambiental de los áridos procedentes de EAHE se ha realizado un trabajo consistente en la toma de muestras en planta. La toma de muestras se llevó a cabo de acuerdo con lo indicado en la norma UNE-EN 932-1, apartado 8.8: “Muestreo de apilamiento". La granulometría de las muestras está comprendida entre 0 y 20 mm; se almacenó en sacos perfectamente cerrados en condiciones ambientales adecuadas para garantizar su estabilidad. Para la preparación de muestras en laboratorio se siguió el protocolo indicado en la norma UNE-EN 932-2, apartado 8 “Reducción de muestras con un cuarteador”. A partir de las muestras ya cuarteadas, se pusieron en marcha tanto los ensayos en columna (para lo cual se ensayaron 6 columnas de material, 3 de diámetro 50 mm y 3 de diámetro 100 mm) como los ensayos en cubeta (2 ensayos).

Los resultados obtenidos para las columnas ensayadas con escorias de acería de horno eléctrico se han comparado con los límites recogidos en la Decisión del Consejo de 19 de diciembre de 2002 para admisión de residuos en vertederos (2003/33/CE). Los valores límite que aparecen en la Decisión 2003/33/CE están calculados como sigue:

• En términos de liberación total para las proporciones entre líquido y sólido (L/S) de 10 l/kg y
• expresados directamente en mg/l para la columna C0 (primer eluato de un ensayo de percolación con una proporción L/S = 0,1 l/kg, método EN 14405).
• La Decisión 2003/33/CE indica también que, con carácter general, los valores límite de referencia serán los de la columna L/S=10 l/kg, calculados mediante el método de ensayo UNE-EN 12457 Parte 4 (L/S= 10 l/kg, tamaño de las partículas menor que 10 mm).

El método de ensayo de columnas permite determinar las concentraciones en los eluatos para distintas fracciones, por lo que ha sido posible comparar los resultados obtenidos tanto para una relación L/S de 10 l/kg como para una proporción de 0,1 l/kg. No obstante, se ha de tener en cuenta que esta comparación es solo orientativa ya que se han obtenido según métodos de ensayos distintos.

Las Comunidades Autónomas de Cantabria, Cataluña y País Vasco disponen también de normativa propia referida al empleo de estos áridos. En ellas se establecen limitaciones en cuanto a su empleo (no se deben usar en zonas inundables, próximas a ríos o explotaciones de agua, ni en terrenos cuyo nivel freático se encuentre a menos de 2,5, 5 ó 10 metros, según los casos) y se exige el cumplimiento de unos determinados valores límite.

En la tabla 2 se han recogido los criterios ambientales que aplican según las disposiciones consultadas.

A continuación se muestran los resultados del análisis de los eluatos obtenidos para las relaciones L/S de 0,1 y 10 l/kg en las columnas de diámetro 50 y 100 mm (tablas 3 a 6). Los resultados de las sales se midieron con el equipo de cromatografía iónica del LG en tanto que el resto de elementos se determinaron con el equipo ICP del CET.

En la tabla 3 se aprecia que los valores medios obtenidos con D=50 mm no superan los umbrales de referencia para residuos inertes de la Decisión, para una relación L/S de 10 l/kg. Nótese que, de acuerdo con la normativa vigente en Cataluña, el valor máximo de los fluoruros está en 18 mg/kg. Para una relación L/S de 0,1 sin embargo, se superarían los valores para el Mo y para el Sb (tabla 5). En el caso del Se los valores encontrados estaban próximos al límite de detección del equipo.

Tabla2.

Criterios medioambientales. Normativa de aplicación

Criterios medioambientales	Normativa de aplicación
Decisión 2003/33/CE del Consejo, de 19 de diciembre de 2002, por la que se establecen los criterios y procedimientos de admisión de residuos en los vertederos con arreglo al artículo 16 y al anexo II de la Directiva 1999/31/CEE.	Se fijan límites en función del tipo de vertedero y tipo de ensayo, UNE-EN 12457-4:2003 (L/S=10 l/kg) y ensayo de percolación
Decreto 104/2006, de 19 de octubre, de valorización de escorias en la Comunidad Autónoma de Cantabria.	Se fijan unos límites sobre el lixiviado obtenido según la norma UNE-EN 12457-4:2003 (L/S=10 l/kg) Los valores fijados coinciden con los de la Decisión del Consejo de 19 de diciembre de 2002 para vertederos de inertes
Decreto 32/2009 sobre la valorización de escorias siderúrgicas en la Comunidad Autónoma de Cataluña	Se fijan unos límites sobre el lixiviado obtenido según la norma UNE-EN 12457-4:2003 (L/S=10 l/kg) Los valores fijados coinciden con los de la Decisión del Consejo de 19 de diciembre de 2002 para vertederos de inertes. * Excepto fluoruros que se acepta hasta 18 mg/kg. ** Se han eliminado los parámetros relacionados con la presencia de sustancias de naturaleza orgánica.
Decreto 34/2003, de 18 de febrero, del Departamento de Ordenación del Territorio y Medio Ambiente del Gobierno Vasco, por el que se regula la valorización y posterior utilización de escorias procedentes de la fabricación de acero en hornos de arco eléctrico, en el ámbito de la Comunidad Autónoma del País Vasco.	Los valores fijados no coinciden con los de la Decisión del Consejo de 19 de diciembre de 2002, ya que se refieren a relaciones L/S distintas. * Adicionalmente se ha incluido el V y se fijan límites más altos para el Cd y el Se cuando la escoria se utilice en capa de rodadura con mezclas bituminosas. Por el contrario, no exige el control de As,Cu, Hg, Sb, Cl-; ** El límite para Cd, Cr total, Mo, Ni y Pb es superior al de la Decisión para L/S=10 l/kg. *** Se han eliminado los parámetros relacionados con la presencia de sustancias de naturaleza orgánica.

Tabla 3. Contenidos liberados acumulados L/S=10 l/kg (EAHE D=50 mm)

Tabla 4. Contenidos liberados acumulados L/S=10 l/kg (EAHE D=100 mm)

Tabla 5. Contenidos liberados L/S=0,1 l/kg (EAHE D=50 mm)

Tabla 6. Contenidos liberados L/S=0,1 l/kg (EAHE D=100 mm)

Tabla 7. Composición de lixiviados obtenidos en el ensayo de campo de EAHE

detección del equipo. Los resultados obtenidos en los ensayos en columna de D=100 mm muestran que los valores de Sb han sido algo superiores a los establecidos en la Decisión para residuos inertes tanto para L/S=10 l/kg como para L/S=0,1 l/kg. El Mo (tabla 6) también ha superado el límite de residuos inertes para la relación L/S=0,1 l/kg.

Se considera que para aquellos datos en los que se han obtenido valores superiores a los fijados en la Decisión 2003/33/ CE para vertederos de inertes procedería realizar un estudio más detallado. En todo caso, se ha de tener en cuenta que la Decisión 2003/33/CE establece que, con carácter general, los valores límite de referencia serán los de la columna L/S=10 l/ kg, calculados mediante el método de ensayo UNE-EN 12457 Parte 4 (L/S= 10 l/kg, tamaño de las partículas menor que 10 mm).

Los resultados de las muestras de lixiviado de EAHE tomadas en las cubetas se muestran en la tabla 7, para distintas duraciones del ensayo. Estos resultados fueron obtenidos con el ICP del CET.

En cuanto al análisis general efectuado, al estudiar los resultados obtenidos en el trabajo llevado a cabo en el CET junto con los procedentes de otras fuentes bibliográficas consultadas a nivel nacional, se puede indicar que, en general, se están obteniendo valores inferiores a los fijados para residuos inertes. Así por ejemplo en la tesis de Otegi (2012) se obtenían únicamente valores por encima de los del Decreto 32/2009 para el Zn, y en un estudio específico llevado a cabo por Abertis Autopistas (2016) los resultados presentados arrojaban sólo valores superiores a los del Decreto 34/2003 del País Vasco para el Se. En todo caso, se ha de indicar que los resultados obtenidos en las columnas no son directamente comparables con los procedentes de los ensayos de volteo.

4. ANÁLISIS DE LOS RESULTADOS Y DISCUSIÓN CRÍTICA

La sociedad demanda modelos de producción cada vez más sostenibles. Dentro de un esquema de este tipo, la utilización de áridos procedentes de residuos de la industria del acero en la construcción de carreteras se ha de considerar como una oportunidad factible siempre que su uso sea técnica y ambientalmente aceptable.

Se ha de tener en cuenta que si un residuo se emplea como producto, debería declararse el fin de condición de residuo (FdR) o bien adquirir la condición de subproducto mediante una Orden Ministerial para ese residuo específico. En este caso, deberá cumplir con todas las prescripciones de la declaración además de la normativa aplicable a productos y al uso destinado. Sin embargo, la situación presente es que en la mayor parte de los países de la Unión Europea no hay este tipo de declaraciones (FdR o subproducto) para el material tratado procedente de residuos que puede ser utilizado como producto de construcción. Por otro lado, no hay normas de valorización de este tipo de residuos fijando unos criterios ambientales. Se ha de ser muy cuidadoso, por tanto, a la hora de establecer los criterios ambientales que permitan el empleo de áridos procedentes de residuos en un determinado uso; o que determinen la eventual pérdida de la condición de residuo de un árido; o que establezcan su consideración como subproducto de un proceso industrial.

Por otro lado, como ya se ha indicado previamente, lo que sí está claro es que los áridos empleados en construcción de carreteras deben cumplir las especificaciones técnicas que sean de aplicación. En España, dichas especificaciones están recogidas, de forma general y para la Red de Carreteras del Estado, en el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes (PG- 3), en el que se contempla el empleo de áridos reciclados para la ejecución de determinadas unidades de obra, pero lo condiciona al cumplimiento de la legislación vigente en materia medioambiental y, adicionalmente, prescribe la obligación de “garantizar tanto la durabilidad a largo plazo, como que no darán origen, con el agua, a disoluciones que puedan dañar a estructuras u otras capas del firme, o contaminar corrientes de agua. Por ello, en materiales en los que, por su naturaleza, no exista suficiente experiencia sobre su comportamiento, deberá hacerse un estudio especial sobre su aptitud para ser empleados, que tendrá que ser aprobado por el Director de las Obras”. Sin embargo, nuevamente se da la paradoja de que tal legislación ambiental no ha sido desarrollada.

En España sí que existen varias Comunidades Autónomas que han desarrollado disposiciones normativas que regulan la valorización de las escorias siderúrgicas para su empleo en la construcción de carreteras. De forma general, se puede decir que tales disposiciones remiten a los controles y ensayos establecidos en la Decisión del Consejo 2003/33/CE para admisión de residuos en vertederos, fijando, en concreto, que las escorias que se vayan emplear cumplan los umbrales de vertederos de inertes. Adicionalmente, fijan una serie de condicionantes de uso y, en algunos casos, modifican algunos de los límites para determinados elementos.

Teniendo en cuenta la experiencia existente que emana del uso de estos materiales en España y en otros países de la UE, así como el desarrollo de nuevos métodos de ensayo para el estudio de lixiviación, se considera que es posible proponer una metodología para la caracterización ambiental de los áridos procedentes de EAHE. Para ello, sería conveniente contar con la participación de las distintas partes implicadas y comenzar a trabajar en un estudio caso por caso, desarrollando procedimientos o metodologías adaptadas a los casos particulares de uso que se prevean. Estas metodologías deberían estar basadas en un control por niveles, de mayor a menor nivel de exigencia en función de que se trate de la caracterización inicial, de ensayos de comprobación o de verificación in situ y dependiendo, a su vez, de los valores que se vayan obteniendo para los elementos potencialmente críticos.

Con el fin de avanzar en la propuesta de tales metodologías, procede indicar que los ensayos que se han puesto en marcha en el CET (los desarrollados a modo de caracterización horizontal para la liberación de sustancias peligrosas de los productos de construcción y que, en un futuro, es previsible que sean de aplicación a los áridos) se considera que serían adecuados para la caracterización inicial de los áridos secundarios. En concreto, en el marco del presente trabajo se ha apreciado que, en cuanto a la aplicabilidad del método de ensayo en columna según la TS 16637-3, los resultados obtenidos aportan información precisa sobre el contenido de los distintos elementos en el lixiviado. Faltaría efectuar una comparación entre los resultados obtenidos por el ensayo de columna para la relación líquido sólido de 10 l/kg con los que se obtendrían del ensayo más habitual (UNE-EN 12457-4), lo que permitiría definir de forma más precisa las especificaciones y frecuencias de ensayo que se habrían de exigir según los distintos niveles de caracterización. Otro aspecto en el que cabría seguir experimentando es por medio de la construcción de tramos reales de carreteras (o en su defecto en la Pista de Ensayo Acelerado del CET del CEDEX), incorporando instrumentación que permita obtener información del comportamiento ambiental de estos áridos. En ese sentido, se puede indicar que los ensayos de campo por medio de cubetas realizados en el marco del presente trabajo han puesto de manifiesto que los resultados de laboratorio se pueden considerar realistas en relación con los resultados obtenidos en la escala intermedia, pero no han permitido cuantificar de forma precisa los contenidos lixiviados de los distintos elementos.

Los trabajos efectuados apuntan en la dirección de que una combinación de ensayos de caracterización del comportamiento del material, junto a otros más simples de conformidad, para verificar el cumplimiento de requisitos regulados en función del escenario de aplicación o con propósitos de control de calidad, pueden proveer suficiente información del comportamiento ambiental del material, permitiendo validar su uso. Un planteamiento de este tipo permitiría, además, disminuir el número y complejidad de los ensayos a realizar en cada material específico (Otegi, 2012).

Cabría entonces plantearse un sistema de control en dos etapas, como ya se ha apuntado anteriormente: una primera destinada a la caracterización del material, para lo que se emplearían los ensayos desarrollados por el CEN/ TC 351 y una segunda etapa de control, para lo que serían suficientes los ensayos por el método de volteo (serie UNEEN 12457).

No obstante, se ha de tener en cuenta que las concentraciones determinadas en un lixiviado, obtenidas mediante un ensayo de lixiviación, en general no se pueden relacionar directamente con el impacto que dicho material podría producir; pero estos resultados, junto a otros estudios, deben proporcionar información suficiente para adoptar decisiones respecto a su uso en una escala temporal. La extrapolación de los resultados obtenidos en un ensayo de lixiviación a un escenario específico o a una escala temporal determinada se puede realizar mediante la aplicación de modelos hidrogeológicos más o menos complejos (Otegi, 2012).

De hecho, los ensayos de liberación de sustancias peligrosas desarrollados por el CEN/TC 351 tienen importantes ventajas, entre las que se pueden citar las siguientes:

• Identificación de los fenómenos de liberación de las sustancias peligrosas.
• Información detallada de la evolución de los lixiviados.
• Comparabilidad con resultados obtenidos en ensayos de campo siempre que se puedan conseguir las relaciones L/S.
• Posibilidad de modelizar los resultados y realizar estimaciones y predicciones del comportamiento a largo plazo.

En el ámbito europeo procede destacar la guía del SETRA sobre la aceptabilidad ambiental de las escorias siderúrgicas (“Acceptabilité environnementale de matériaux alternatifs en technique routière. Les laitiers sidérurgiques”), en la que se recogen las prescripciones y exigencias ambientales que se han de aplicar a las escorias para que éstas se puedan destinar a la construcción de carreteras. Dicha guía determina 3 tipos de usos (tipo 1, 2 y 3) según estén “revestidos” o no y de la altura de los rellenos en los que se empleen. Por otro lado, establece limitaciones de uso en función de la proximidad o no a zonas sensibles (tales como zonas inundables, cursos de agua, etc.) y en función de la puesta en obra del producto. Finalmente, para cada uno de los tres tipos de uso fija el cumplimiento de unos valores límite para los eluatos obtenidos a partir del ensayo de lixiviación NF-EN 12457-4 (L/S=10 l/kg), efectuados sobre muestras representativas de los lotes que se estén caracterizando. Los umbrales establecidos son, para determinados elementos, algo superiores a los establecidos en la Decisión 2003/33/CE para admisión de residuos en vertederos inertes, pero son, en todos los casos, inferiores a los umbrales para no peligrosos. Para aquellos usos en los que se prevé que el material esté revestido (tipo 1) y, por tanto, la posibilidad de que el agua circule libremente a su través es menor, los límites son algo superiores con respecto a los establecidos para aquellos casos en los que el material está más expuesto a la entrada de agua (tipo 3).

Otra experiencia relevante se puede encontrar, por ejemplo, en el Reino Unido. La información consultada de la agencia medioambiental (Informe técnico sobre la producción y aplicación de escorias) indica que para la utilización de las escorias, adecuadamente tratadas y almacenadas, se debe exigir el cumplimiento de los estándares correspondientes en función del uso que se les vaya a dar (normas armonizadas de producto). Sólo en el caso de los usos no ligados o como material granular se llevó a cabo un estudio de los riesgos para el medio ambiente, llegando a la conclusión de que su uso era factible, atendiendo además al hecho de que la escoria es un material con un mercado claro en el Reino Unido. En este caso, no se exigirían controles adicionales a las escorias como residuo.

5. CONCLUSIONES

El reciclado es una condición imprescindible en una economía circular: los recursos y los materiales son reciclados y vuelven a estar en el ciclo de vida del producto. Lo que en un determinado momento se pudo considerar como un desecho, hoy en día debe ser visto como un recurso valioso. Para hacer realidad el potencial de estos áridos, que se suelen denominar “secundarios”, es preciso ir eliminando progresivamente las barreras que limitan su uso, mejorar las prácticas de su gestión y garantizar los adecuados niveles de calidad (“Circular economy. Closing the loop. From waste to resources”, CE 2017).

En el caso de la construcción de carreteras, es preciso instrumentar medidas para minimizar la generación de residuos; por otro lado, se deben proporcionar guías y recomendaciones que permitan la reutilización de estos materiales, el reciclado de áridos procedentes del tratamiento de residuos y la valorización de los mismos en unidades de obra, de forma que en última instancia solamente se recurra a ser eliminados en vertederos los rechazos del tratamiento de los residuos. Al respecto, procede recordar que desde la UE se propone que para 2030 sólo un 10% de los residuos sean depositados en vertederos.

Si bien existen numerosas iniciativas encaminadas a conseguir que los áridos procedentes de residuos puedan incorporarse como áridos para la construcción de carreteras se ha de tener en cuenta que la premisa de partida es que estos materiales cumplan con las especificaciones técnicas de igual forma a como lo hace un árido natural. Se tendrán por un lado las especificaciones correspondientes al ámbito que corresponda (PG-3 en el caso de la RCE u otras en el caso de carreteras autonómicas, locales, etc.); y, por otro lado, se habrá de atender también a los requisitos del RPC, acreditando el cumplimiento de las normas armonizadas de producto, siempre y cuando estos materiales hayan sido declarados subproductos o fin de la condición de residuos.

Sin embargo, no existen, de forma general, especificaciones que se refieran al cumplimiento de condicionantes ambientales para el uso de áridos en la construcción de carreteras, con la consecuente incertidumbre de que un árido procedente de un residuo pueda, en alguna circunstancia, liberar sustancias tales que afecten a la salud humana, al suelo o a las aguas

Es por ello necesario establecer un método que garantice que el material procedente de un residuo, RCD o EAHE en el caso del presente trabajo, no aporte contaminación a la obra o actuación a la que se vaya a incorporar como árido. Para ello, los métodos que se suelen emplear se refieren al estudio de la potencial liberación de sustancias peligrosas por medio de ensayos de lixiviación. En este artículo se han presentado los resultados de los ensayos de lixiviación efectuados según los métodos que se están desarrollando a nivel europeo para caracterizar la liberación de sustancias peligrosas (en este caso, ensayo en columna para materiales granulares con cierta permeabilidad según CEN/TS 16637-3:2016), junto con otro ensayo experimental de campo, puesto en marcha con el objetivo de validar de forma cualitativa los resultados obtenidos con los primeros. La conclusión a la que se ha llegado es que los ensayos en columna permiten obtener información suficientemente precisa como para establecer una metodología que permita dar unas pautas para aceptar un árido procedente de un residuo como material para la construcción de carreteras, de forma análoga a como se viene haciendo en otros países europeos e incluso en determinadas Comunidades Autónomas de nuestro país (tal es el caso de Cantabria, Cataluña y País Vasco).

Siendo quizás la principal limitación de los métodos de ensayo aplicados en este trabajo su duración (el ensayo en columna tiene una duración de entre 15 y 30 días aproximadamente), se considera que se deben aplicar de forma coordinada con versiones reducidas del mismo (en cuanto a la relación L/S, por ejemplo) o bien emplear ensayos de conformidad menos complejos (tales como los de la serie UNE-EN 12457), junto con otros ensayos, tales como dependencia de pH, conductividad eléctrica u otros.

A la vista de lo anteriormente expuesto, se propone seguir avanzando en la caracterización ambiental de los áridos procedentes de residuos con el fin de fijar criterios que permitan regular su empleo. En todo caso, será primordial tener en cuenta todos los costes asociados al ciclo de vida del producto (económico, social y ambiental).

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