LA CAL EN CONSTRUCCIÓN

USO DE LA CAL EN CONSTRUCCIÓN

Aunque los expertos no se ponen de acuerdo en relación al momento en el que el ser humano empezó a emplear cal en construcción, sí que sabemos -gracias a que en la actualidad se conservan numerosos ejemplos de obras arquitectónicas construidas con cal-, que el uso de este material constructivo se remonta al menos a hace más de 3.000 años.

Entre otros ejemplos, destacan Las Pirámides de Guiza en Egipto, que fueron recubiertas y teñidas con cal, las civilizaciones de la Antigua Grecia, que empleaban la cal como mortero para albañilería, o la Muralla China, donde se empleó la cal como estabilizador de suelo y aglutinador de la piedra.

Hasta el siglo XX, la cal fue el principal material constructivo empleado para resolver morteros conglomerantes o enlucidos. Sin embargo, la aparición del cemento Portland en Inglaterra a finales del siglo XIX provocó una revolución en el sector de la construcción. [1]

Por sus novedosas propiedades, consideradas revolucionarias para la época, el uso cemento Portland se generalizó principios del siglo XX, su rápido fraguado, su capacidad de endurecimiento bajo el agua y alta resistencia lo convirtieron en un material extremadamente popular posicionando a la cal en segundo plano.

Si bien hoy en día, la utilización de cemento Portland como aglomerante ha sustituido en gran medida la utilización de la cal, en los últimos años ha nacido una oposición creciente al cemento Portland que incorpora un impacto dos veces superior a la cal debido a la necesidad de utilizar combustibles fósiles durante su proceso de producción.

La industria cementera productora de cemento Portland se encuentra inmersa en una lucha contrarreloj para reducir sus emisiones a cero en 2050 y pese a que la mayoría de asociaciones del sector ya han publicado sus hojas de ruta de descarbonización, a la práctica todavía no ha quedado claro que sea viable tal reducción según la tecnología y conocimientos de los que disponemos hoy en día.

Mientras esperamos que las industrias de fabricación de materiales de construcción altamente contaminantes dependientes de los combustibles fósiles den con una solución milagrosa para reducir sus emisiones a cero en 2050, es preciso desarrollar, investigar y poner en valor los materiales que siguen vigente tras varios miles de años en el sector, con una reducida huella ecológica, basados en la tradición constructiva, en los artesanos y profesionales de oficio, de producción local e inocuos para el medioambiente y las personas.

Es por ello que en este artículo nos centramos en la revalorización de la cal, un material de reducida huella ecológica, con producción propia en España y de cualidades excepcionales que en los últimos años ha iniciado una expansión gracias a numerosas empresas que no solo fabrican, sino que investigan y divulgan la utilización de este material en base a conocimientos ancestrales.

Y es que en la situación de emergencia climática en la que nos encontramos, es urgente recuperar materiales que han formado parte de la historia de la humanidad y con los que hemos construidos espacios de vida saludables, sostenibles y de impacto ecológico nulo. [2]

EL CICLO DE LA CAL

La obtención de cal en construcción implica una serie de transformaciones químicas, conocidas como el ciclo de la cal.

El ciclo de la cal define los diferentes procesos por los que pasa la piedra caliza – la materia prima – hasta convertirse en cal apta para su uso, recuperando finalmente sus propiedades pétreas.

Este ciclo implica las fases de:

1. CALCINACIÓN
2. HIDRATACIÓN
3. CARBONATACIÓN

1. CALCINACIÓN

Una vez finalizado el proceso de extracción de roca caliza de la cantera y se haya garantizado que la piedra esté libre de impurezas, se procede a triturarla en trozos más pequeños y se clasifica según su tamaño, con el fin de asegurar una distribución uniforme del material durante el proceso de calcinación.

El ciclo de la cal comienza con la calcinación de la piedra a unos 900ªC aproximadamente. La piedra triturada se introduce en un horno de cal, que se calienta a altas temperaturas –sin necesidad de utilización de combustibles fósiles-, para provocar una reacción química en la piedra caliza conocida como descomposición térmica o calcinación.

Durante el proceso de calcinación, el carbonato de calcio presente en la piedra caliza se descompone en óxido de calcio, conocida como cal viva, y dióxido de carbono CO₂.

Este proceso de cocción desprende el CO₂ presente en la materia prima, obteniendo como resultado óxido de calcio, también conocido como cal viva.

CaCO3 + CALOR → CaO (óxido de calcio o cal viva) + CO2↑ (en forma de gas)

La cal viva se caracteriza por un aspecto de polvo fino, con textura de pequeños gránulos irregulares de color blanco y brillante.

2. HIDRATACIÓN

Tras el proceso de calcinación se procede a apagar el producto resultante con agua. Se sumerge la cal viva en agua, obteniendo un material hidratado conocido como cal apagada.

Durante este proceso de hidratación, se produce una reacción exotérmica en la que el óxido de calcio reacciona con el agua para formar hidróxido cálcico, o cal apagada. La reacción de hidratación puede generar un exceso de calor, por lo que es conveniente controlar la temperatura durante el proceso.

CaO + H2O (agua) → Ca(OH)2  (cal apagada o hidróxido cálcico) + calor

La cal apagada, en comparación a la cal viva, presenta un aspecto de polvo más fino y suave, con un color blanco ligeramente grisáceo. Se caracteriza por su naturaleza alcalina, por lo que su manipulación requiere equipamiento de protección.

Entre sus aplicaciones en construcción, se suele emplear como agente estabilizador en la producción de hormigón de cal y como base para morteros de cal en revestimientos. También es habitual su aplicación como aditivo purificador de agua.

3. CARBONATACIÓN

La cal apagada se aplica en forma de mortero, enfoscado o enlucido sobre superficies. Una vez extendida la mezcla de cal apagada, a la que se le añade áridos y agua para formar el mortero de cal, ésta entra en contacto con el aire presente en la atmósfera, dando lugar a una última transformación química, la carbonatación.

Este proceso implica la reacción del hidróxido cálcico con el dióxido de carbono presente en el aire, para formar carbonato de calcio, o cal carbonatada.

Ca(OH)2 + CO2 (dióxido de carbono) → CaCO3 (carbonato cálcico) + H2O (agua)

El carbonato cálcico genera gradualmente una capa en la superficie que restaura las propiedades de la piedra caliza original. El carbonato de calcio aporta la estructura sólida y cristalina característica de la piedra, proporcionando además estabilidad y resistencia al material.

El uso de la cal en construcción constituye un proceso de fabricación de impacto medioambiental casi nulo. Se trata de un ciclo cerrado circular, tanto en consumo energético como en materia prima – esto significa que la energía utilizada durante los diferentes procesos es compensada por la carbonatación que supone la absorción de CO₂ por parte del producto final en un breve periodo de tiempo.

TIPOS DE CAL

Fundamentalmente se distinguen dos tipos de cal en construcción:

1. CAL AÉREA de tipo CL90 o CL90-S
2. CAL HIDRÁULICA de tipo NHL o HL

1. CALES AÉREAS

Las cales aéreas se obtienen de rocas calizas puras cuyo contenido en impurezas y materiales arcillosos es el mínimo posible. Cuanto más pura es la roca caliza primaria, mejores propiedades de plasticidad presentará la cal aérea. [3]

La formación de la cal aérea se produce una vez finalizado el proceso de calcinación de la piedra caliza en los hornos de cal a 700ºC aproximadamente. El producto resultante es un polvo fino de color blanco, al que se le añade agua en saturación para obtener cal en pasta.

Para lograr el endurecimiento de la cal y obtener un acabado final pétreo, es necesario pasar por un proceso de carbonatación – proceso por el cual la mezcla de cal aérea fragua mediante la absorción de dióxido de carbono presente en el aire.

La normativa vigente que regula la cal en construcción exige que la cal aérea, en pasta, apta para ser comercializada, debe ser igual o superior al 90% de pureza. Es por ese motivo que la nomenclatura de la cal aérea se presenta bajo las siglas CL90 (Calcitic Lime).

Otra opción a la cal CL90, es la CL90-S, que consiste en aplicar agua sin saturar, es decir, la mínima cantidad de agua que, aunque no pase a estado en pasta y se mantenga en forma de polvo, permita la trabajabilidad de la mezcla de igual manera. [4]

PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LA CAL AÉREA

La cal aérea, al tratarse de un material de alta plasticidad y trabajabilidad, presenta una resistencia mecánica relativamente baja. Su composición resulta en una estructura porosa que favorece la transpiración de las superficies a cubrir.

Por ello, es frecuente su uso como revestimiento y acabado, especialmente en obras de restauración de edificios históricos, por su compatibilidad con materiales antiguos.

La cal aérea se emplea comúnmente en morteros de albañilería o mampostería, enlucidos o enyesados tanto en revestimientos interiores como en exteriores o en pinturas de cal.

2. CALES HIDRÁULICAS

La cal hidráulica procede de la cocción a 1100ºC de piedra caliza mezclada con arcilla en una determinada proporción – alrededor del 80% de cal pura y 20% de composición arcillosa (además de arcilla, contiene también ferritas y aluminatos). Esta arcilla es la que, al cocerse, produce polisilicatos cálcicos que aportan a la cal propiedades hidráulicas.

El proceso de endurecimiento de la cal hidráulica, no solo tiene que ver con el aire, como ocurre con las cales aéreas, sino también con el agua. La composición de este tipo de cal, al hidratarse, forma sustancias insolubles y muy estables.

Además, la cal hidráulica endurece más rápido que la aérea, permitiendo un endurecimiento en todo tipo de ambientes, tanto secos como húmedos. Es por ello que el proceso de fraguado puede realizarse naturalmente, con el contacto de ambientes húmedos, o añadiendo agua a la mezcla en cantidades abundantes para asegurar y acelerar el proceso.

Se distinguen dos tipos de cal hidráulica. Por un lado, la NHL (Natural Hidraulic Lime), que se presenta como una cal naturalmente hidrolizada por la propia cantera. Su extracción es poco habitual ya que contamos con escasos yacimientos de este tipo de cal. Por ello, se suele emplear la HL (Hidraulic Lime) que imita la NHL pero hidrolizando la mezcla posteriormente, añadiendo componentes que permitan hidrolizar la mezcla manualmente.

PROPIEDADES Y APLICACIONES DE LA CAL HIDRÁULICA

La cal hidráulica ofrece unas mejores prestaciones de resistencia que la cal aérea. Esto permite que su uso resuelva tanto revestimientos como elementos con cargas estructurales.

Se emplea cal hidráulica para la elaboración de morteros y hormigones de cal, que requieran una resistencia adicional. Según la relación que se escoja entre las diferentes partes que componen la mezcla, la masa de cal será capaz de resistir a esfuerzos mayores o menores.

Su aplicación puede llevarse a cabo en la construcción de carreteras, plataformas, terraplenes y cimentaciones donde se requiere una mayor capacidad de carga y una mejora en la resistencia y la compactación del suelo.

ÁRIDOS

Se entiende por áridos a los materiales granulares, como la arena – de grano fino – o la grava – de grano grueso – incorporados en los morteros o enyesados de cal con el fin de proporcionar volumen y resistencia a la mezcla. Los áridos actúan a modo de esqueleto, aportando cohesión y solidez a al conjunto.

La selección de los áridos dependerá del tipo de aplicación del mortero de cal y de las características deseadas para su acabado final. Aspectos como la granulometría y la composición de éstos, influyen en sus propiedades físicas y mecánicas.

Incluir áridos en la mezcla de cal, además, favorece al proceso de carbonatación, aumentando su porosidad. Esta reacción permite que el aire y, por tanto, el anhídrido carbónico, pueda acceder al interior de la masa con más facilidad.

Por otro lado, los áridos hacen que el mortero de cal resulte más económico, permitiendo reducir la cantidad de cal amasada hasta la mitad.

ARENA – ÁRIDO FINO

La arena, al tratarse de un material de grano fino, aporta trabajabilidad, facilitando la manipulación y la aplicación del mortero.

Al proporcionar una mayor superficie de contacto entre los propios componentes de la mezcla, resulta en una mejora de la adherencia final.

Las mezclas con una presencia baja de arena, conocidas como cales grasas, es decir, con exceso de cal, tienden a cuartearse por efecto de la retracción. La arena, por lo tanto, ayuda a controlar esta retracción característica del proceso de fraguado y secado del mortero, minimizando posibles fisuras o grietas posteriores.

GRAVA – ÁRIDO GRUESO

La grava, en cambio, se encarga de aportar resistencia – al tratarse de un árido grueso, proporciona resistencia mecánica al conjunto, mejorando su comportamiento a compresión.

Favorece la permeabilidad y porosidad del mortero, mejorando el drenaje interno del agua, lo cual resulta especialmente útil en aplicaciones en exteriores.

En cuanto a la forma, es preferible prescindir de granulometrías de canto rodado, y optar por formas poliédricas, con mayor superficie de contacto, que mejoren la adherencia del mortero. Los áridos de grano grueso que mejor comportamiento presentan son los que provienen de rocas cuarzosas, silíceas, calizas o graníticas.

ADITIVOS

Para aplicar la cal en construcción, es necesario añadir a la mezcla otros elementos que permitan el paso de una consistencia inicial a otra deseada final, como, por ejemplo, pasar de polvo a pasta.

Los aditivos o protecciones, además de tener como objetivo principal la obtención de una pasta de cal, también pueden interferir en otros aspectos, como el color, la textura, la rapidez de fraguado, la resistencia, etc.

La cal en construcción ofrece una alternativa sostenible de mínimo impacto al sector constructivo, por lo que es fundamental asegurarse de que los aditivos añadidos cumplan asimismo con estos principios. Para ello, es necesario que estos aditivos cuenten con una composición de origen natural y de huella ecológica positiva. [5]

LOS PIGMENTOS

Los productos a base de cal – entre ellos, morteros, revocos, enlucidos, etc – ya cuentan con un tono inherente al propio material, capaz de dar un aspecto cálido y agradable al acabado.

Por ello, la decisión de añadir pigmentos a la mezcla no sería un requisito fundamental, pudiendo prescindir de ellos y sacando a la luz el aspecto natural de la cal vista.

En caso de buscar un acabado concreto y querer añadir pigmentos a la mezcla, existen numerosas opciones de origen natural o de productos reciclados.

Se puede pigmentar el mortero de cal con materiales de mínimo impacto:
– de origen mineral, con el óxido de hierro y la cristalización de minerales como la tiza, la pizarra, el grafito o la espinela, entre otros.
– de origen vegetal con la resina o las raíces de ciertos árboles.

OTROS ADITIVOS

La cal en construcción puede integrar aditivos de muchos tipos, todos ellos de origen natural, que aportarán unas propiedades u otras al biomaterial en función de las necesidades.

COLOFONIA

La colofonia es un consolidante 100% natural procedente de la resina de pino. Es una sustancia con propiedades adhesivas y endurecedoras, que permite mejorar la adherencia entre los componentes de la mezcla, aumentando su resistencia mecánica.

La presencia de colofonia en el mortero de cal ayuda a minimizar la penetración del agua en la estructura y, por lo tanto, a reducir el riesgo de daños causados por la humedad.

Se trata de un aditivo protector de bajo precio y fácil aplicación, de uso recomendado en interiores ya que en exteriores toma un ligero tono amarillento indeseado característico la resina.

JABÓN POTÁSICO O JABÓN DE COCO

El jabón neutro, o potásico, actúa como aditivo protector de superficies porosas, hidrofugando el paramento, manteniendo la transpirabilidad y aportando un tacto suave y mate.

El jabón potásico se elabora en disolución acuosa a partir de ácidos grasos de origen vegetal. También existen aditivos de jabón de coco, elaborados con ácidos grasos de coco, siguiendo la misma secuencia. Éstos se aplican en estucos de color blanco, mientras que el jabón potásico sirve para estucos de color.

CERA DE ABEJA

La cera de abeja aporta una protección extra impermeabilizante a la superficie y un acabado suave de aspecto brillante, permitiendo resaltar los tonos y veteados naturales del soporte.

La adición de cera de abeja al mortero de cal puede ayudar a mejorar la trabajabilidad de la mezcla, actúa como un agente reductor de la fricción, lo que facilita la manipulación y la aplicación del mortero.

Su uso más habitual es en estucos al fuego. Al aportar un acabado brillante mojado permanente, no es habitual su uso en interiores de vivienda que tienden a buscar acabados mates o satinados.

APLICACIONES DE LA CAL EN CONSTRUCCIÓN

La cal es un biomaterial muy versátil que ofrece numerosas posibilidades en construcción. Al ser mezclado con otros materiales, varían sus propiedades y, por tanto, sus usos y aplicaciones.

1. VELADURAS O LIMEWASH

Las veladuras de cal, también conocidas como limewash en inglés, son un tipo de pintura a base de cal muy diluida, a modo de acuarela.

Su uso más frecuente se da en exteriores. La función principal es cubrir la superficie de una capa protectora adicional, conservando la porosidad y transpirabilidad del soporte. Esta capa adicional puede además teñir el soporte de tonos blancos o rojizos, entre otros.

2. PINTURAS DE CAL

Las pinturas de cal se componen generalmente de cal aérea, debido a sus propiedades de transpirabilidad, flexibilidad, y acabado estético. Se distinguen por su efecto aterciopelado y su color natural blanco brillante e intenso.

La composición de las pinturas de cal, además de la cal aérea, incluye resinas naturales, pigmentos minerales en polvo, agua y otros aditivos que permitan mejorar el comportamiento de la mezcla. [6]

A diferencia de la veladura, la pintura de cal, por su composición, tiende a usarse más frecuentemente en interiores que exteriores. Su uso en exterior más habitual se da en patios interiores resueltos con fachada tipo sate.

3. ESTUCO DE CAL

Uno de los usos más frecuentes de la cal en construcción son revestimientos tales como el estuco. La composición del estuco de cal contiene fundamentalmente cal aérea, por su plasticidad, flexibilidad, permeabilidad, otras propiedades adaptadas.

La principal aplicación del estuco de cal se encuentra en obras de restauración o rehabilitación de patrimonio, tanto en interior como exterior.

Otra aplicación interesante del estuco de cal es en baños. Al tratarse de un tipo de cubrición totalmente impermeable, tiene un buen comportamiento en ambientes con altos niveles de humedad.

4. MORTEROS DE CAL

El mortero de cal es un tipo de mortero compuesto generalmente a base de cal hidráulica – aunque también existen morteros de cal aérea – áridos y aditivos naturales. Se trata de la principal aplicación de la cal en construcción, con una larga trayectoria histórica en el sector que certifica sus excelentes prestaciones.

Su versatilidad lo convierte en una alternativa sostenible altamente competitiva, capaz de posicionarse a la altura del mortero más comercializado de la actualidad, el cemento portland. [7]

Por ello, aunque los morteros de cal en construcción tiendan a asociarse a obras de rehabilitación y patrimonio – que es una de sus aplicaciones más frecuentes, con cal aérea – su uso cuenta con numerosas aplicaciones más.

Se encuentra como revestimiento de superficies tanto en interior como exterior – en enfoscados, enyesados o estucos –, como conglomerante para resolver fachadas tipo sate, muros de mampostería, albañilería o incluso como estabilizador del suelo para cimentaciones en suelos arcillosos inestables. [8]

5. HORMIGÓN DE CAL

La revalorización de la cal en construcción, fruto de la consciencia ecológica actual, también supone la recuperación de sistemas constructivos antiguos, con la intención de darles una segunda vida, adoptando una mirada más contemporánea. Este es el caso de la argamasa, un sistema constructivo estructural empleado desde hace siglos, con la cal como material constructivo principal. La versión actualizada de la argamasa podría considerarse el hormigón de cal.

El hormigón de cal se presenta como una alternativa al hormigón de cemento Portland, tan extendido en la actualidad. Se compone de cal, arena, áridos de granulometrías variadas y agua.

Por sus numerosas propiedades y prestaciones, se trata de un sistema constructivo capaz de sustituir al sistema de hormigón de cemento en muchas de sus aplicaciones. Presenta unas excelentes cualidades de plasticidad y trabajabilidad, menor retracción, permeabilidad al vapor de agua gracias a su porosidad, resistencia al agua y al fuego, entre otras.

A pesar de presentarse como una alternativa innovadora y competitiva, el hormigón de cal aún no se encuentra regulado por el CTE (Código Técnico de la Edificación). Esto se debe a que se trata de un sistema con un largo recorrido de investigación por delante, con el fin de que cumpla adecuadamente las exigencias de resistencia, durabilidad, seguridad, etc, que marca la normativa de edificación actual. [9]

MÁS SOBRE EL HORMIGÓN DE CAL

No se puede asegurar con exactitud si en un futuro el hormigón de cal será apto para resolver grandes cargas estructurales, tal como se ha venido haciendo con el hormigón armado de cemento este último siglo. Esta puesta en duda va más allá de cuestionar la capacidad estructural de la cal, se trata de replantearse el sistema estructural de hormigón en sí mismo.

El hormigón de cemento Portland, al igual que ocurre con el cemento de cal, una vez ha carbonatado, se retrae. Por lo tanto, existe una preocupación general por la expansión del armado que no solo afecta al hormigón de cal, sino también al hormigón de cemento Portland.

Por otro lado, a pesar de las creencias, la cal no reacciona químicamente al acero de las armaduras, es decir que no es corrosiva al hierro. El motivo por el cual se pone en duda la adaptabilidad de la cal al sistema de armado del hormigón se debe a la propiedad porosa de la cal. La cal, al tratarse de un biomaterial transpirable, favorece el intercambio de oxígeno, y esto podría influir en la oxidación temprana del armado.

Sin embargo, el impacto medioambiental negativo que supone el uso de armaduras de acero en el hormigón armado, son motivo suficiente para cuestionar, una vez más, este sistema estructural. Retirar las armaduras se ha convertido en un objetivo para la arquitectura de mínimo impacto. En su lugar, se puede contar con alternativas como la fibra de vidrio, fibras de celulosa, fibras animales recicladas como la lana de oveja o incluso bambú.

Hasta la fecha, la gran apuesta del hormigón de cal en construcción se concentra en soleras o pavimentos. Hasta hoy, se ha resuelto con éxito soleras en todo tipo de suelo, tanto en obra nueva como de rehabilitación.

Uno de los retos finales del hormigón de cal es constituir un sustituto al asfalto, es decir, aplicarlo en pavimentos exteriores urbanos como suelo de hormigón de cal drenante, capaz de combatir el efecto de isla de calor de las ciudades.

VENTAJAS DEL USO DE LA CAL EN CONSTRUCCIÓN

Se pueden enumerar 5 ventajas principales del uso de cal en construcción:

1. TRANSPIRABILIDAD

La cal en construcción actúa como un material que permite al sistema constructivo estar seco, evitando humedades capilares o por condensación.

La baja transpirabilidad del cemento Portland, a diferencia de la cal, provoca la aparición de sales, generando una patología visible que afecta a la salud del edificio.

2. HIGROSCOPICIDAD

Absorbe el exceso de humedad del ambiente interior, y lo devuelve cuando hay sequedad. Por ello, la cal en construcción tiene propiedades reguladoras de la humedad del ambiente.

3. BUEN COMPORTAMIENTO A FENÓMENOS ATMOSFÉRICOS

Presentan un comportamiento resistente a fenómenos atmosféricos, entre otros, la humedad. La cal hidráulica, por ejemplo, no pierde resistencia en presencia de agua, sino que, al contrario, endurece y mejora su comportamiento.

Esta resistencia resulta una elevada durabilidad. Ejemplo de ello son las numerosas piezas históricas que han permanecido siglos a lo largo del tiempo con un deterioro mínimo.

4. LIBRE DE COVS

El uso de cal en construcción favorece la creación de ambientes sanos libres de contaminantes volátiles perjudiciales para la salud.

Al tratarse de un biomaterial de origen natural-mineral, no emite hidrocarburos en al ambiente y, por lo tanto, no forma el ozono tóxico, característico de las pinturas sintéticas.

Las pinturas de cal tienen una composición libre de COVs. Esto, además de evitar olores desagradables, influye positivamente en la calidad del aire interior y, por lo tanto, en el confort de las personas en la vivienda.

5. HUELLA ECOLÓGICA POSITIVA

Al ser de origen natural, ecológico y de ciclo cerrado, la cal representa un biomaterial de mínimo impacto, responsable con el medio ambiente y con nuestro entorno más cercano.

Además, la cal es uno de los biomateriales que menos cantidad de dióxido de carbono emite a la atmósfera. Es por ello que su uso se ha convertido en de los más recurrentes y competitivos en arquitectura de mínimo impacto.

Otro material con bajas emisiones de CO₂ es la arcilla. Sin embargo, al no carbonatar – en otras palabras, no hacerse pétreo – la arcilla presenta un peor comportamiento ante la humedad que la cal.