Concreto Sostenible: Aprovechamiento de residuos de cantera como material cementante

Abstract

This study analyzes alternatives and strategies to reduce the environmental and socioeconomic impact of cement production through the partial substitution of Portland cement by evaluating the use of two available by-products (natural pozzolan and sludge waste) extracted from the Corona quarry in San Carlos (Panama). The main objective was to assess the technical feasibility of this substitution, ensuring the mechanical-structural performance of the concrete, reducing CO₂ emissions, and leveraging available local geological resources. The by-products showed high fineness and silica contents of 88%–91%, indicating good pozzolanic reactivity. In mixtures with 5%, 12.5%, and 20% replacement, the sludge waste reached 3637.55 psi at 28 days, surpassing the control mix, while the natural pozzolan, although with lower initial strength, achieved 2727.43 psi at 28 days with 20% replacement, showing increased long-term strength. The quarry has 26,800 tons of usable material, allowing the avoidance of approximately 24,120 tons of CO₂ emissions, representing a reduction in the environmental footprint of concrete. By-products improve the compactness and durability of the mixtures and can be integrated into industrial processes without requiring significant technical adjustments. It is recommended to include long-term durability tests such as chloride permeability, capillary absorption, carbonation, and sulfate attack to confirm their performance. This technically, environmentally, and economically viable solution promotes more sustainable construction in Panama, aligned with the Sustainable Development Goals: ODS 12 (Responsible consumption and production) and ODS 9 (Industry, innovation and infrastructure).Este estudio analiza alternativas y estrategias para reducir el impacto ambiental y socioeconómico de la producción de cemento mediante la sustitución parcial del cemento Portland evaluando el uso de dos subproductos disponibles (puzolana natural y desechos de tina) desechados por la cantera Corona, en San Carlos (Panamá). El objetivo principal fue evaluar la viabilidad técnica de esta sustitución, garantizando el desempeño mecánico-estructural del concreto, reduciendo las emisiones de CO₂ y aprovechando recursos geológicos locales disponibles. Los subproductos mostraron alta finura y contenidos de sílice del 88%–91%, que indica buena reactividad puzolánica. En mezclas con 5%, 12.5% y 20 % de reemplazo, el desecho de tina alcanzó 3637.55 psi a los 28 días, superando a la mezcla control, mientras que la puzolana natural, aunque con menor resistencia inicial, logró 2727.43 psi a los 28 días con 20% de reemplazo, mostrando aumento de resistencia a largo plazo. La Cantera cuenta con 26,800 toneladas de material utilizable permitiendo evitar la emisión de aproximadamente 24,120 toneladas de CO₂, representando una reducción en la huella ambiental del concreto. Los subproductos mejoran la compacidad y durabilidad de las mezclas, y pueden integrarse a procesos industriales sin requerir ajustes técnicos relevantes. Se recomienda incluir ensayos de durabilidad a largo plazo como permeabilidad al cloruro, absorción capilar, carbonatación y ataque por sulfatos, para confirmar su comportamiento. Esta solución técnica, ambiental y económicamente viable impulsa una construcción más sostenible en Panamá, alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible: ODS 12 (producción y consumo responsables) y ODS 9 (industria, innovación e infraestructura)