UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID

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1 DEPARTAMENTO DE CONSTRUCCIÓN Y TECNOLOGÍAS ARQUITECTÓNICAS E.T.S. ARQUITECTURA UNIVERSIDAD POLITÉCNICA DE MADRID ESTUDIO EXPERIMENTAL SOBRE LA EFECTIVIDAD Y LA VIABILIDAD DE DISTINTAS SOLUCIONES CONSTRUCTIVAS PARA REDUCIR LA CONCENTRACIÓN DE GAS RADÓN EN EDIFICACIONES TESIS DOCTORAL Autor: Borja Frutos Vázquez. Arquitecto Directores: D. Francisco Javier Neila González. Doctor Arquitecto D. Manuel Olaya Adán Doctor en Derecho Licenciado en Ciencias Físicas AÑO 2009

2 Tribunal nombrado por el Magfco. y Excmo. Sr. Rector de la Universidad Politécnica de Madrid, el día... de... de Presidente: Vocal: Vocal: Vocal: Secretario: Suplente: Suplente: Realizado el acto de defensa y lectura de la Tesis el día...de...de en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid EL PRESIDENTE LOS VOCALES EL SECRETARIO

3 TESIS DOCTORAL

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5 ÍNDICE RESUMEN RESUMEN EN INGLES (ABSTRACT) I II III IV INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTADO DE LA CUESTIÓN JUSTIFICACIÓN CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES 1.1. RADÓN ELEMENTO RADIACTIVO Conceptos generales sobre radiactividad Radiactividad Radiación ionizante Efectos biológicos de la radiación Cáncer Magnitudes de radiación y radioprotección Magnitudes usadas en el presente trabajo Periodo de semidesintegración Series de desintegración Caracterización del radón Procedencia. Cadena de desintegración del Uranio Elemento de la tabla periódica. Características generales (Rn.-222) Radón. Elemento radiactivo Fuentes con contenido de Radón La movilidad del radón Difusión Convección La medida de la concentración radón Métodos instantáneos Análisis en continuo 1

6 Medidas en terreno Medidas en aire libre Precisión e intercomparación de aparatos de registro de radón Estimaciones de concentraciones de radón en espacios interiores 1.2. RADÓN Y SALUD Efectos nocivos sobre el ser humano Niveles de concentración 1.3. RADÓN EN LOS EDIFICIOS Caminos y vías posibles de entrada de radón en los edificios 1.4. INTRODUCCIÓN A LAS MEDIDAS DE PROTECCIÓN FRENTE A LA ENTRADA DEL GAS RADÓN Sistemas de barreras anti-radón Sobre la colocación de la barrera Sobre los materiales usados como barreras frente al radón Tratamiento de Juntas de estructura, soleras y forjados: Consideraciones finales sobre las barreras Sistemas de extracción, presurización y ventilación Extracción Presurización Ventilación Aplicación para viviendas construidas y en fase de ejecución Consideraciones de aplicación técnicas Efectividad previsible de las técnicas 2

7 CAPÍTULO 2: METODOLOGÍA Y MEDIOS EMPLEADOS 2.1. METODOLOGÍA EN LA INVESTIGACIÓN Análisis de técnicas de protección en la bibliografía Identificación de los caminos de entrada de radón en los edificios Propuesta de Investigación Ubicación del módulo experimental Construcción del módulo experimental Análisis de las concentraciones de radón iniciales Análisis de las efectividades de las medidas correctoras 2.2. EQUIPO HUMANO 2.3. CONSTRUCCIÓN DEL MÓDULO EXPERIMENTAL Ubicación del módulo y caracterización del terreno Determinación de la concentración de elementos radiactivos en suelo Evaluación de la concentración de radón en profundidad Estudio granulométrico del suelo y permeabilidad Diseño del módulo experimental Construcción del módulo experimental 2.4. EQUIPOS DE REGISTRO Y METODOLOGÍA EN LA MEDIDA Registros de concentraciones del Radón Registros de Temperatura y Presión Variables meteorológicas obtenidas de la estación de ENUSA 3

8 CAPÍTULO 3: FASE I. ESTUDIO DE LAS CONCENTRACIONES DE RADÓN EN EL MÓDULO SIN MEDIDAS CORRECTORAS 3.1. METODOLOGÍA TOMA DE DATOS DE CONCENTRACIONES DE RADÓN DURANTE UN PERIODO DE 3 MESES Análisis básico de una curva de concentración de radón Fluctuaciones en las curvas de concentración de radón Diferencias de concentración entre el sótano y la planta Altas concentraciones de radón Análisis de datos entre los dos tipos de medidores en continuo Coeficiente de Correlación de Pearson Diferencias absolutas entre los registros de ambos equipos Promedios de registros durante el periodo analizado 3.3. PROCESADO DE DATOS. DEPURACIÓN CORRELACIÓN DE CONCENTRACIONES CON VARIABLES METEOROLÓGICAS Conceptos generales- Movimiento de gases Leyes de generación de radón, transporte y acumulación Variación del gradiente de presiones suelo-interior por cambios atmosféricos Concentración de radón - Temperatura Concentración de radón - Viento Concentración de radón - Presión atmosférica Concentración de radón - Lluvia Concentración de radón Ventilación natural 3.5. ANÁLISIS DE DATOS Y OBTENCIÓN DE UN PATRÓN DE CONCENTRACIONES INICIALES 3.6. CONCLUSIONES DE LA PRIMERA FASE DEL PROYECTO 4

9 CAPÍTULO 4: FASE II. DISEÑO Y EJECUCIÓN DE MEDIDAS CORRECTORAS Y ESTUDIO DE EFECTIVIDADES 4.1. METODOLOGÍA ELECCIÓN, DESCRIPCIÓN Y CLASIFICACIÓN DE LAS MEDIDAS CORRECTORAS PROBADAS 4.3. PLAN DE TRABAJO 4.4. MEDIDAS CORRECTORAS Extracción Natural por arquetas Central y Exterior Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Extracción Natural por Arqueta Central Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Extracción Natural por Arqueta Exterior Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Vuelta a la situación inicial. Sin medidas correctoras Extracción Forzada (56 W) por 1 arqueta (Central) Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución 5

10 Extracción Forzada (80 W) por 1 arqueta (Central) Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Extracción Forzada (80 W) por 1 arqueta (Exterior) Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Presurización (80 W) por 1 arqueta (Central) Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Extracción Forzada (80 W) del aire de la planta de sótano Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución Membrana elastomérica como barrera anti radón Base de funcionamiento Ejecución de la medida. Materiales, obra, coste Análisis de datos de concentración y correlación con variables meteorológicas Efectividad de la medida y viabilidad de ejecución 4.5. RESUMEN DE EFECTIVIDADES 6

11 CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES FINALES 5.1 SOBRE EL RADÓN Y SUS EFECTOS SOBRE LA SALUD 5.2 SOBRE EL COMPORTAMIENTO DEL GAS RADÓN, FLUJOS, INMISIÓN Y ACUMULACIÓN 5.3 SOBRE LAS CONCENTRACIONES INICIALES DE RADÓN 5.4. SOBRE LA EJECUCIÓN DE MEDIDAS CORRECTORAS 5.5 FICHAS RESUMEN DE LAS MEDIDAS CORRECTORAS 5.6 SOBRE LAS EFECTIVIDADES. RESUMEN 5.7. ANALISIS COMPARATIVO DE EFECTIVIDADES Sobre la extracción natural por arquetas central y exterior Sobre la extracción forzada por arquetas central y exterior Sobre la medida de presurización Sobre la medida de ventilación forzada de cámara de forjado sanitario (espacio de sótano) Sobre la barrera anti radón - membrana de poliuretano por proyección en líquido Sobre las efectividades previsibles para condiciones normales de terreno Conclusiones finales sobre la idoneidad de usar una u otra medida. CAPÍTULO 6: PERSPECTIVAS PARA FUTUROS TRABAJOS REFERENCIAS ANEXOS ANEXO A: Análisis de las técnicas de protección contra la inmisión de radón en otras experiencias ANEXO B: Caracterización radiológica del suelo sobre el que se ha construido el módulo experimental ANEXO C: Documentación técnica. Diseño del módulo experimental ANEXO D: Ficha Técnica. Membrana de poliuretano (Urespray F-75) CD-ROM: Datos de los periodos de análisis 7

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13 RESUMEN RESUMEN EN INGLES (ABSTRACT) I II III IV INTRODUCCIÓN OBJETIVOS ESTADO DE LA CUESTIÓN JUSTIFICACIÓN 9

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15 RESUMEN El trabajo de investigación desarrollado que ha dado lugar a la realización de esta Tesis, aborda la protección de los edificios frente a la entrada de gas radón y su acumulación en los espacios habitados. Dicho gas (isótopo del radón Rn-222) es un elemento radiactivo que se genera, principalmente, en terrenos con altos contenidos de radio (terrenos graníticos por ejemplo). Su alto grado de movilidad permite que penetre en los edificios a través de los materiales de cerramiento del mismo (porosidad de los materiales, fisuras, grietas y juntas) y se acumule en su interior, donde puede ser inhalado en altas concentraciones. La Organización Mundial de la Salud, califica al radón como agente cancerígeno de grado 1. Según este Organismo, el radón es la segunda causa de contracción de cáncer pulmonar detrás del tabaco. Como respuesta a esta alarma, distintos estados ya han elaborado normativas en las que se proponen soluciones para que los niveles de concentración de radón no superen los valores recomendados por los organismos internacionales responsables de la protección radiológica. En España aún no existe normativa de protección frente a este agente cancerígeno causante de numerosas muertes, y es por tal motivo evidente la necesidad de aportar documentación técnica que ayude a las administraciones nacionales y locales a desarrollar dicha normativa para ajustarse a las recomendaciones europeas e internacionales sobre los niveles que no se deben superar y que, por otro lado, ya han contemplado una gran cantidad de países. Como principal aportación de este trabajo se muestran los resultados de reducción de concentración de gas radón de distintas soluciones constructivas enfocadas a frenar la entrada de gas radón al interior de los edificios haciendo uso de técnicas y materiales habituales en el ámbito de la construcción en España. Para ello, se han estudiado las efectividades de dichas soluciones, en 11

16 lo referente a su capacidad para frenar la inmisión de radón, en un prototipo de vivienda construido al efecto en un terreno con altas concentraciones de radón. Las soluciones propuestas y ensayadas han sido el resultado de una labor de optimización de los sistemas estudiados en la bibliografía con el fin de adaptar las técnicas a los sistemas constructivos habituales en España y en concreto a la situación real del prototipo de vivienda construido en un lugar con contenidos de radón en terreno muy elevados. El trabajo incluye un capítulo inicial con los conceptos básicos necesarios para entender la problemática que supone habitar en espacios con altos contenidos de radón. 12

17 ABSTRACT The research developed, which has led to the completion of this thesis, deal with the protection of buildings against entry of radon gas and its accumulation in the ocupated spaces. This gas (radon isotope Rn-222) is a radioactive element generated, mainly, in areas with high levels of radio (granitic terrain for example). Its high mobility allows entering in buildings through the enclosure materials of it (porosity of materials, cracks, crevices and joints) and accumulates inside, where it can be inhaled in high concentrations. The World Health Organization describes radon gas as a carcinogen agent in level 1. According to this Agency, radon is the second leading cause of lung cancer behind tobacco. In response to this alarm, some states have developed regulations that propose solutions to reduce radon concentration levels for not exceeding the values recommended by international agencies responsible in radiation protection. In Spain there is still no legislation to protect against this carcinogen element that cause numerous deaths, and for that reason it is evident the need to provide technical documentation to help the national and local governments to develop legislation for reaching the European and international levels recommendations. As the main contribution of this work are the results of reducing radon concentration using different constructive solutions aimed to stop radon entry in buildings, with techniques and materials common in Spain. To do this, effectiveness of such solutions, have been studied in terms of its ability to stop radon entry in a housing prototype built for this purpose in an area with high radon levels. The solutions proposed and tested have been the result of a process of optimization of systems studied in the literature in order to adapt the techniques to Spanish building material and, specifically, to the actual situation of housing prototype built in a place with high contents of radon in soil. The work includes an initial chapter with the basic concepts needed to understand the problem of living in areas with high levels of radon. 13

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19 I INTRODUCCIÓN El uranio (U-238), elemento presente en la composición de suelos desde los orígenes de la formación de la tierra, aparece como elemento primario de una cadena de desintegración natural de elementos radiactivos dentro de la cual se haya el isótopo del radón (Rn-222). Este elemento inerte es igualmente radiactivo al igual que su predecesor el Radio (Ra-226) y todos los elementos que le preceden o suceden dentro de la cadena de desintegración del isótopo del uranio (U-238). Debido a su estado gaseoso, es capaz de viajar entre los poros del suelo hasta alcanzar la superficie, donde podrá diluirse entre los gases de la atmósfera o penetrar en el interior de los edificios si éstos no se encuentran debidamente protegidos, completando en ambos casos su proceso de desintegración. Figura I-(1) El radón se genera por la desintegración Radio

20 Al penetrar en un espacio cerrado, el radón se acumula aumentando su concentración. La inhalación de este gas puede llegar a generar cáncer pulmonar debido a que la radiación que se produce de la desintegración del mismo y sus descendientes de vida corta en el interior de nuestro organismo, es capaz alterar el ADN de los tejidos pulmonares. En diversos estudios, especialmente entre trabajadores de minas de uranio donde las concentraciones de radón son elevadas, se ha investigado la relación entre la inhalación del gas radón y sus efectos cancerígenos sobre la persona, y los resultados han determinado que en muchos países se haya desarrollado una legislación que tiene como objetivo proteger al ser humano de una excesiva concentración de radón. El tema se remonta a algunos estudios en los que se relacionaban las muertes por cáncer pulmonar con el radón en las minas de uranio, hechos que tuvieron lugar durante la segunda guerra mundial con los comienzos de las investigaciones en la energía nuclear. Se empieza a hablar de establecer niveles máximos de exposición al gas para trabajadores de minas ( 1 ). Estos estudios han seguido sucediéndose hasta día de hoy, llegando a contemplar los espacios residenciales como consecuencia del radón que penetra en las viviendas. Un ejemplo es el estudio ( 2 ) realizado por la agencia EPA (Environmental Protection Agency) de Estados Unidos en el que se ha calculado el número de muertes por cáncer pulmonar en un año debido a la inhalación de radón en Estados unidos. Su estudio se ha basado en el cálculo de riesgo por contraer cáncer pulmonar del documento BEIR VI realizado en 1999 tomando como muestra a los trabajadores de minas de uranio. El dato es bastante alarmante pues concluye que muertes al año en Estados Unidos se deben a la inhalación de gas radón, lo cual representa un porcentaje alrededor del 10% del total de cánceres de pulmón registrados anualmente. 1 IRCP 1953 (International Commisión on Radiological Protecction) 2 EPA 402-R EPA Assessment of Risks from Radon in Homes Junio

21 Para hacernos una idea de la problemática, en ese mismo documento se encuentran otros datos relevantes: - Las muertes por cáncer pulmonar debidas al radón son equiparables a las de accidentes de tráfico. - El riesgo de muerte se multiplica por 5 si además se es fumador habitual ( 3 ). Existe por tanto una lógica preocupación ante el tema. Un grado de riesgo alto, comparable al de las muertes por accidentes de tráfico, debe ser tratado con la misma sensibilidad. En España aún no se han pronunciado las administraciones hasta el nivel de tomar acciones al respecto, aunque si es cierto que existen Notas Técnicas de Prevención, del Ministerio de Trabajo, que hacen eco de las recomendaciones de la Comisión Europea en cuanto a relación existente entre la inhalación del radón y el cáncer pulmonar ( 4 ). La Organización Mundial de la Salud, califica al radón como agente cancerígeno de grado 1. Según este Organismo, el radón es la segunda causa de contracción de cáncer pulmonar detrás del tabaco. A raíz de estos datos, distintos organismos han comenzado a tomar medidas para afrontar la problemática que supone habitar y trabajar en espacios con excesiva presencia de gas radón, tal y como recomiendan entidades como la Organización Mundial de la Salud (WHO), la Comisión Internacional de Protección Radiológica (ICRP), y la Agencia Internacional de la Energía Atómica (IAEA) ( 5 ) Partiendo de las recomendaciones internacionales sobre protección frente al gas, el objeto de esta Tesis, es documentar, analizar y optimizar la implantación de distintas soluciones constructivas enfocadas a frenar la entrada de gas radón en los edificios para que no se superen los niveles recomendados 3 Las partículas del tabaco en suspensión facilitan que los descendientes sólidos de radón, también radiactivos, se adhieran con mayor facilidad al tejido pulmonar. 4 NTP 533: El radón y sus efectos sobre la salud. Ministerio de Trabajo y Asuntos Sociales de España 5 Gustav Akerblom Radon Legislation and national Guidelines Suecia

22 por la Comisión Europea. Para ello se ha construido un módulo experimental consistente en una simulación de una pequeña vivienda ubicada en un terreno con alta presencia de gas radón donde se han podido ejecutar y analizar las distintas soluciones. Durante una fase inicial en la que no se habían introducido medidas de protección, se ha estudiado la concentración de radón en su interior derivada del paso del gas a través de los materiales de cerramiento del módulo y que están en contacto con el terreno (fuente principal del gas radón). Se ha analizado la influencia de diversos parámetros atmosféricos (lluvia, temperatura, presión y viento) en la concentración de radón resultante en el módulo y se ha buscado un patrón base de concentración de radón para poder comparar posteriormente con las concentraciones resultantes tras implantar, en el módulo, las distintas soluciones constructivas destinadas a frenar la entrada del gas. Las soluciones correctoras introducidas provienen de un estudio que realicé para el trabajo de Suficiencia Investigadora en el que analizaba las distintas propuestas ensayadas en otras experiencias internacionales. Estas técnicas aparecen diseñadas para sistemas constructivos distintos a los habitualmente usados en España ya que en este país aun no existe documentación de referencia. Como parte inicial del trabajo he debido adaptar las técnicas descritas en la bibliografía a los procedimientos y técnicas constructivas habituales en España. Tras la introducción de cada una de las soluciones correctoras en el módulo y el análisis de los resultados de concentraciones de radón en el interior, se ha podido comprobar la eficacia de cada una de ellas, las ventajas de su implantación intercomparando con las demás soluciones, la viabilidad y complejidad de la solución constructiva y su coste económico. Se comentará la adecuación de cada una de las medidas para una vivienda existente o para una vivienda en fase de proyecto, en el que la toma de decisiones puede referirse a un abanico más amplio de soluciones. Por otro lado se ha estudiado la 18

23 influencia de las condiciones atmosféricas en la eficacia de las distintas soluciones. La Tesis se desarrolla en cuatro partes diferenciadas. La primera es una introducción al tema del radón en la que se habla principalmente de las características del gas, unas nociones básicas sobre radiactividad, la movilidad de sus partículas y sobre los efectos nocivos que puede causar sobre el ser humano. Se analizan las diversas vías de entrada del gas desde el terreno hasta el interior de un espacio cerrado y, brevemente, las distintas técnicas de protección que se han usado en otras experiencias similares en otros países. Una segunda parte de la Tesis aborda la metodología de la investigación, las distintas fases de las que se compone el estudio completo, los medios empleados, entre los que se cuentan el módulo experimental construido y los aparatos de registro para la obtención de las concentraciones de radón así como para el registro de las distintas variables atmosféricas. En un tercer capítulo, (Fase I), se analizan las concentraciones interiores de radón en el módulo ya construido (en esta fase se encuentra sin ningún tipo de protección frente a la entrada de radón). Se contrastan los datos de concentraciones con las variables atmosféricas y se buscan correlaciones para explicar las fluctuaciones en el flujo de radón hacia el interior. En esta fase también se obtiene un promedio de concentración de radón para el periodo analizado (aproximadamente 3 meses) que servirá para fijar un patrón inicial de radón, propio del tipo de construcción concreta y del terreno de asiento concreto. Este patrón base se usará para estudiar que capacidad tienen, las distintas medidas correctoras introducidas, en frenar la entrada del gas al interior. La cuarta parte de la Tesis, (Fase II), está dedicada a desarrollar cada una de las actuaciones que se han introducido en el módulo y su efectividad en cuanto a la reducción de radón que consiguen. En total han sido 9 medidas correctoras introducidas que hacen uso de distintas técnicas. 19

24 En este trabajo se denominará solución correctora, medida correctora o solución constructiva a aquellas actuaciones destinadas a frenar la entrada de radón o a reducir su concentración en el interior de los espacios cerrados. El desarrollo de este trabajo ha sido posible gracias a la subvención recibida del Consejo de Seguridad Nuclear y a la colaboración de la Cátedra de Física Médica de la Universidad de Cantabria. 20

25 II OBJETIVOS El trabajo de investigación que ha dado lugar a esta Tesis ha perseguido, como objetivo general, el desarrollo de una documentación técnica sobre la reducción de la concentración de gas radón en una edificación por debajo de las recomendaciones europeas, con el fin de sentar las bases para una posible futura normativa de protección a nivel nacional o local. Para conseguir tal fin, se han diseñado y ejecutado distintas soluciones constructivas que buscan dicha reducción haciendo uso de diferentes estrategias de actuación. De esta manera se han podido comparar las efectividades de cada solución al tiempo que se han analizado los aspectos constructivos derivados de su implantación en un edificio existente. Para el cumplimiento de este objetivo general ha sido necesario dedicar parte de la investigación al estudio de los flujos de radón hacia el interior del edificio cuando éste se encuentra sin proteger y así, identificar las posibles vías de entrada del gas y por otro lado, comprender la influencia de los factores climáticos sobre la concentración interior. Como se verá en este trabajo, entender la correlación que existe entre dichos cambios climáticos (la temperatura, la presión atmosférica, la lluvia o el viento) y la concentración de radón interior, ha sido fundamental para poder optimizar las técnicas enfocadas a reducir dicha concentración. Este aspecto se muestra en la primera fase de la investigación. Las soluciones constructivas se clasifican en aquellas que usan métodos de extracción del gas y aquellas que se basan en barreras que frenan el paso del gas a través de los cerramientos del edificio en contacto con el terreno. En el grupo de éstas últimas he propuesto, diseñado y probado una medida correctora a base material elastomérico, poliuretano de kg/m 3 de densidad, que se aplica por proyección en líquido. Con este sistema pretendo corregir el problema de falta de estanquidad que originan las juntas, solapes y tratamiento de puntos singulares, en las barreras constituidas por rollos, tal y 21

26 como advierten numerosos documentos consultados sobre técnicas de protección. En el trabajo, a parte de analizar la efectividad de las distintas medidas introducidas en el módulo y su idoneidad para cumplir los objetivos de reducción de radón hasta límites de seguridad, se estudia también la viabilidad de implantación, distinguiendo entre las enfocadas a viviendas existentes y a viviendas en fase de proyecto, con el fin de advertir sobre los posibles problemas de ejecución y orientar sobre su puesta en obra. La puesta en obra de estas soluciones constructivas es una cuestión en la que he prestado especial interés por ser un aspecto fundamental para conseguir la máxima efectividad de reducción de radón. La metodología usada en este trabajo ha consistido en una primera fase de análisis previo de la entrada de gas radón al interior del módulo en el estado original en el que no se había introducido ninguna solución constructiva que evitase la inmisión de radón. De esta manera se ha tenido un conocimiento de las concentraciones de radón interior y de las influencias de las variables meteorológicas en dicha concentración. Se ha podido identificar la dependencia de estos factores en la entrada de radón al interior y se ha buscado un patrón base con el cual poder comparar las concentraciones finales tras ir introduciendo las distintas soluciones constructivas que constituyen la segunda y última fase de la investigación. Como se muestra más adelante, algunas de las variables meteorológicas tienen una gran relevancia en la concentración final y, de su control, dependerá en buena parte, la optimización de los sistemas de reducción de radón. En el proyecto de investigación que ha dado lugar a esta Tesis se han desarrollado los siguientes objetivos parciales con el fin de poder evaluar las distintas medidas enfocadas a reducir el radón en el interior de las edificaciones: 22

27 1. Como punto de partida he analizado el estado de la cuestión, que como ya se ha comentado en la introducción, constituye una experiencia de 30 años en el desarrollo de sistemas para frenar la entrada de radón. Como parte de este estudio inicial, abordo los conceptos básicos de la problemática de la inhalación de aire con altos contenidos de radón como parte de la dosis de radiación natural recibida por el ser humano. Se desarrollan algunos conceptos generales que permiten un mejor entendimiento del tema como pueden ser conceptos en radiactividad, radioprotección, efectos del radón sobre los tejidos pulmonares, etc. 2. Construcción de un módulo experimental de vivienda teniendo como premisas que estuviese realizado con materiales comunes en el sector de la construcción en España y que se ubicase en una zona con altos contenidos de radón con el fin de forzar al máximo las soluciones de reducción de concentración y facilitar la evaluación de efectividades de las mismas debido al mayor rango comparativo de resultados. Comprendiendo los mecanismos de movilidad del radón y los sistemas constructivos que se estaban probando en otras experiencias internaciones para frenar su entrada, estaría en disposición de plantear las adaptaciones para los sistemas constructivos propios de España. 3. Tras tener el módulo construido en su estado inicial sin medidas correctoras introducidas, se ha procedido a analizar las concentraciones de radón en su interior y a estudiar las influencias que en ellas tienen las variables meteorológicas. Esta parte del trabajo ha sido fundamental pues se ha encontrado un patrón base de concentración de radón para compararlo posteriormente con las concentraciones alcanzadas tras introducir las medidas correctoras. De esta manera se han podido comprobar las efectividades de cada una de ellas en relación con la concentración inicial. Por otro lado, el estudio de la influencia de las variables meteorológicas en las concentraciones interiores es clave para el entendimiento de los 23

28 mecanismos de entrada del gas y para poder optimizar las distintas soluciones correctoras. 4. El último objetivo del trabajo es el que da título a la Tesis, pues se trata de proponer y ejecutar un repertorio de soluciones correctoras introducidas en el módulo, diseñadas para reducir la concentración de gas radón interior hasta los niveles recomendados por la UE. Teniendo las concentraciones iniciales en el módulo sin proteger, en esta última fase se han ido introduciendo distintas soluciones constructivas destinadas a frenar la entrada del gas. Se han obtenido registros de concentraciones de radón en el interior durante un periodo próximo a un mes para cada una de ellas y se han comparado con las concentraciones iniciales. De los resultados obtenidos se han podido obtener comparativas de efectividades de dichas soluciones y las influencias que las variables climáticas tienen sobre ellas con el fin de identificar cuales son las condiciones óptimas de uso y en que casos pueden, o no, aplicarse. El repertorio de medidas introducidas tiene su base en el análisis que realicé para el DEA en el que estudio distintas soluciones realizadas en otras experiencias internacionales, aunque su adaptación y ejecución la he llevado a cabo con medios y materiales propios de España. El objetivo es poder solucionar la problemática de habitar en espacios con altos contenidos de radón haciendo uso de metodología propia y sistemas conocidos a nivel nacional. Además he incorporado una solución constructiva novedosa en este tipo de aplicaciones que ha consistido en la aplicación de una barrera de radón constituida por una membrana continua de proyección con material elastomérico que ha obtenido muy buenos resultado. 24

29 III ESTADO DE LA CUESTIÓN A principios de los años 70 se pueden encontrar los primeros estudios epidemiológicos sobre los efectos del gas radón sobre la salud humana. Se comienza a entender el gas como un elemento nocivo para la salud y de ello se desprenden estudios para averiguar el alcance de los efectos en función de las dosis de radiación recibidas al inhalar dicho gas. En este ámbito existen actualmente un gran número de estudios realizados por distintos organismos de la salud en numerosos países y todos ellos coinciden en la necesidad de evitar al cuerpo humano la exposición a una excesiva concentración del gas en los espacios en los que habita o trabaja. También se han elaborado normativas y directrices para fijar unos niveles como valores de concentración que no deben superarse. A continuación se muestran algunos documentos de interés en los que se tratan temas de protección frente al gas radón, los efectos sobre el cuerpo humano y directrices europeas sobre niveles de concentración derivados de dosis de radiación. - Organización Mundial de la Salud. SOURCES, EXPOSURE AND HEATH EFFECTS. World Health Organization (WHO). Department of protection of the human environment. (2001). - European Commission. RADIOLOGICAL PROTECTION PRINCIPLES CONCERNING THE NATURAL RADIOACTIVITY OF BUILDING MATERIALS. Radiation protection 112. Environment, Nuclear Safety and Civil Protection. Comisión Europea (1999) - International Commision on Radiological Protection. INFORME I.C.R.P-60. (1977) - HEALTH EFFECTS OF EXPOSURE TO RADON (BEIR VI- Committee on Health Risks of Exposure to Radon) National Research Council (1999). EEUU 25

30 - Consejo de Seguridad Nuclear (CSN). DOSIS DE RADIACIÓN. Madrid (2002) - Darby, S., Hill, D., Deo, H., et al. Residential radon and lung cancer - detailed results of a collaborative analysis of individual data on 7148 persons with lung cancer and persons without lung cancer from 13 epidemiologic studies in Europe, Scand. J. Work Environ. Health 32 (suppl.1): 1-84 (2006) - Dr. Luis Santiago Quindós Poncela. RADÓN, UN GAS RADIACTIVO DE ORIGEN NATURAL. CSN y Universidad de Cantabria. Madrid (1995) Actualmente se encuentran en Europa las recomendaciones que establecen los niveles de concentración de radón en puestos de trabajo y en espacios residenciales, para los estados miembros. No obstante algunos de ellos han profundizado aun más en el tema y han marcado sus propios valores. En España este proceso no se ha producido y el atraso en esta materia es notable. Algunos países han elaborado mapas nacionales de presencia de radón en viviendas localizadas por zonas del territorio. Ello ha ayudado a apostar por una solución constructiva u otra a la hora de proponer actuaciones para reducir la concentración en un edificio concreto en función de la concentración previsible en la zona. En España, el Consejo de Seguridad Nuclear (CSN) tiene publicados unos mapas de exposición potencial al radón que abarca el territorio nacional. En él se distinguen tres zonas de categoría de riesgo: 26

31 Figura III-(1) Mapa de presencia de radón. Consejo de Seguridad Nuclear La zona 2 en la que el riesgo es máximo y se prevén concentraciones de radón superiores a 400 Bq/m 3, la zona 1 en la que el riesgo es medio y se estiman concentraciones entre 200 y 400 Bq/m 3 y la zona 0 que no supera los niveles marcados por la Comisión Europea. Al margen de estas vías de estudios epidemiológicos enfocados a determinar los efectos de la inhalación del gas, y la expresión normativa de los mismos, se están realizando estudios enfocados a analizar las soluciones constructivas diseñadas para conseguir reducir la concentración del gas en los espacios. A continuación se citan algunos ejemplos: 27

32 - Instituto di Fisica Generale Applicata, Universitá di Milano. HOURLY INDOOR RADON MEASUREMENTS IN A RESEARCH HOUSE. Italia (2004) - Rapros , Programme Radon Suisse. RESEAU DE FORMATION RADON. Suiza (2004) - Environment Internacional. ELSEVIER. RADON MITIGATION IN DOMESTIC PROPERTIES AND ITS HEALTH IMPLICATIONS A COMPARISON BETWEEN DURING-CONSTRUCTION AND POST- CONSTRUCTION RADON REDUCTION. Reino Unido (2005) En algunos países, tales como Inglaterra, Suecia, Francia, Alemania, Bélgica, EEUU, etc., se han elaborado documentos, por parte de Institutos de construcción y universidades, que incluyen soluciones constructivas para reducir la concentración. Ejemplos: - CSTC (Centre Scientifique et Technique de la Construction). LE RADON DANS LES HABITATIONS. Bélgica (1999) - EPA (Environmental Protection Agency). BUILDING RADON OUT. EE.UU. (2001) - Bernard Collignan. CSTB (Centre Scientifique et Technique de la Construction). REDUIRE LA CONCENTRATION EN RADON DANS LES BATIMENTS EXISTANTS. Francia (1999) - Swiss Federal Office of Public Health. SWISS RADON BOOK. Suiza Radiological Protecction Institute of Irland. UNDERTANDING RADON REMEDIATION. A HOUSEHOLDER S GUIDE. Irlanda 28

33 - Building Research Establishment (BRE). GUIDANCE ON PROTECTIVE MEASURES FOR NEW DWELLINGS. Reino Unido (1992) - The Swedish Council for Building Research. THE RADON BOOK. Suecia (1994) Todos ellos parece que basan las técnicas en dos estrategias de actuación diferentes: la primera, y según los estudios más efectiva, basa su funcionamiento en la extracción del gas del terreno antes de que penetre en el interior del edificio, la segunda se basa en interponer barreras para frenar el paso del gas al interior de los edificios. Figura III-(2) Dos líneas básicas de actuación: Sistemas de extracción // Sistemas de barreras anti-radón Examinando la documentación sobre soluciones constructivas se puede ver que todos los documentos prestan especial interés a los puntos conflictivos en la ejecución de las soluciones constructivas, tales como juntas de dilatación, encuentros entre paramentos, solapes, etc. Otras guías que se pueden consultar en algunos países, son las destinadas a vendedores y compradores de viviendas con el fin de orientar sobre como 29

34 ejecutar tales acciones y vender o comprar casas seguras. Este es el caso por ejemplo de la EPA (Agencia de Protección Ambiental) en EE.UU. Otro tipo de documentos se encuentra, por ejemplo, en el Instituto de Estandarización de Irlanda que ha editado unas fichas sobre productos normalizados de empresas que han desarrollado sistemas para reducir la concentración de radón. Estas fichas presentan los distintos productos como barreras anti-radón de materiales diversos, arquetas de extracción, extractores, y demás sistemas. A día de hoy, en España todo este desarrollo técnico no se ha producido. Si se tienen datos epidemiológicos sobre los efectos del radón sobre la salud, sobre concentraciones en viviendas y puestos de trabajo en numerosas partes del territorio nacional, e incluso se dispone de mapas de radón editados por el Consejo de Seguridad Nuclear, pero aun no existe documentación propia sobre como afrontar la problemática con soluciones constructivas destinadas a proteger las edificaciones frente a la inmisión de gas radón. 30

35 IV JUSTIFICACIÓN La justificación de este estudio se basa en la falta de documentación técnica en España sobre la problemática de entrada de radón y la implantación de soluciones constructivas necesarias para afrontarla. Tras una revisión de la documentación sobre el tema se puede entender que la problemática de habitar en espacios con excesiva concentración de gas radón en su interior, presenta graves riesgos para la salud. Distintas organizaciones de diversos países e incluso la propia Organización Mundial de la Salud advierten sobre estos riesgos. Es por tanto justificable el desarrollo de un trabajo que facilite los pasos para protegerse de este agente cancerígeno que según se puede leer en el apartado 1.2 Radón y Salud es causante de numerosas muertes. En algunos países se ha creado normativa al respecto que trata de dar soluciones para proteger los espacios habitados de la presencia de gas radón ya que entienden que es un tema de salud general que debe implicar a las autoridades. Se han establecido recomendaciones como niveles que no se deben superar, como es el caso de la Unión Europea, y se han elaborado mapas de concentración de radón en los territorios. En España existe documentación sobre el tema en el propio Consejo de Seguridad Nuclear y en algunas Cátedras de Universidades que aportan estudios sobre concentraciones de radón en espacios, tanto de viviendas como en puestos de trabajo. Lo que no existe en España es documentación alguna sobre como enfrentarse, desde el punto de vista técnico, con este problema ya reconocido internacionalmente y cuyo riesgo se encuentra claramente estudiado por distintos organismos de atención a la salud. El objetivo final que persigo con este trabajo, es crear una documentación técnica sobre posibles soluciones constructivas que son efectivas para atenuar la penetración de radón a los edificios, con el fin de constituir una referencia técnica para un desarrollo normativo de protección. 31

36 Existen investigaciones sobre efectividades de algunos de los sistemas de protección ejecutados en casas reales. En ellas, se han desarrollado cuadros comparativos de dichas soluciones identificando cuales han logrado una mayor reducción de radón en el interior. Uno de los organismos que ha plasmado las efectividades de los sistemas es el Building Research Establishment (BRE) del Reino Unido. No obstante, y después de haber examinado la documentación existente al respecto, hecho en falta un estudio a nivel de laboratorio con las condiciones iniciales de exhalación de radón controladas y con un modelo de vivienda único donde probar las distintas soluciones. Tal y como he comentado, estos estudios consultados han probado distintas soluciones en diferentes edificaciones, las cuales poseen un esquema constructivo distinto unas de otras, y construidas en terrenos con contenidos de radón diferentes. Como se verá en el desarrollo de esta Tesis, las soluciones correctoras dependen enormemente de la tipología constructiva de la edificación donde se vayan a instalar, y su efectividad se verá influenciada tanto por el tipo de edificio como por el contenido de radón del terreno donde se sitúe. Uno de los motivos por lo que creo que esta Tesis aportará datos relevantes es que, en el trabajo desarrollado, se han probado soluciones correctoras en el mismo módulo y no en diferentes casas reales como en las investigaciones que he mencionado. Es decir, la comparación de las efectividades se ha hecho tomando como muestra la misma construcción con el mismo terreno de asiento por lo que los datos resultantes tendrán una mayor precisión al intercompararse en las mismas condiciones de ejecución y de tasas iniciales de concentración de radón para una misma edificación. Otro punto novedoso de investigación en este tema es el de incluir, dentro del repertorio de sistemas de protección, una solución correctora tipo membrana realizada por proyección de material elastomérico y que, por ser de aplicación continua, evita los solapes. El tratamiento de juntas y fisuras es fundamental a la hora de ejecutar una solución de tipo barrera pues puede reducir el rendimiento de la misma notablemente como así lo demuestran varios estudios. Existe mucha bibliografía al respecto y las casas comerciales que fabrican 32

37 membranas suministran también elementos para el tratamiento de estos puntos singulares. No obstante, y a pesar de todos los accesorios que se ofertan, los documentos en los que aparecen referenciados este tipo de soluciones de barrera anti radón, no lo recomiendan para enfrentarse a situaciones de alta concentración de radón. Con la membrana de proyección in situ que he probado intento eliminar el problema de los solapes al aplicar, en toda la extensión de suelo y paredes, una material impermeable al paso del gas, resistente y elástico (fundamental a la hora de tratar juntas). Los resultados de concentración obtenidos tras la instalación de esta membrana, se aproximan en efectividad, a las medidas consideradas de mayor eficiencia por lo que, en este sentido, puede ser una vía de investigación abierta para este tipo de materiales elastoméricos de proyección in situ. 33

38 34

39 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES En este primer capítulo se tratan conceptos generales para ayudar a una mejor comprensión del trabajo completo. Se habla del radón como elemento radiactivo, se definen algunos conceptos sobre radiactividad, radioprotección y los daños que puede causar el radón sobre el tejido pulmonar al ser inhalado en altas concentraciones. Por otro lado se pone especial interés en comprender el comportamiento del elemento gaseoso radón para poder entender el funcionamiento de las soluciones constructivas pensadas para frenar su entrada o reducir su concentración en espacios cerrados. 35

40 36 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES

41 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES ÍNDICE PARCIAL CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES 1.1. RADÓN ELEMENTO RADIACTIVO Conceptos generales sobre radiactividad Radiactividad Radiación ionizante Efectos biológicos de la radiación Cáncer Magnitudes de radiación y radioprotección Magnitudes usadas en el presente trabajo Periodo de semidesintegración Series de desintegración Caracterización del radón Procedencia. Cadena de desintegración del Uranio Elemento de la tabla periódica. Características generales (Rn.-222) Radón. Elemento radiactivo Fuentes con contenido de Radón La movilidad del radón Difusión Convección La medida de la concentración radón Métodos instantáneos Análisis en continuo Medidas en terreno Medidas en aire libre Precisión e intercomparación de aparatos de registro de radón Estimaciones de concentraciones de radón en espacios interiores 1.2. RADÓN Y SALUD Efectos nocivos sobre el ser humano Límites de seguridad 1.3. RADÓN EN LOS EDIFICIOS Caminos y vías posibles de entrada de radón en los edificios 37

42 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES 1.4. INTRODUCCIÓN A LAS MEDIDAS DE PROTECCIÓN FRENTE A LA ENTRADA DEL GAS RADÓN Sistemas de barreras anti-radón Sobre la colocación de la barrera Sobre los materiales usados como barreras frente al radón Tratamiento de Juntas de estructura, soleras y forjados: Consideraciones finales sobre las barreras Sistemas de extracción, presurización y ventilación Extracción Presurización Ventilación Aplicación para viviendas construidas o en fase de ejecución Consideraciones de aplicación técnicas Efectividad previsible de las técnicas CAPÍTULO 2: METODOLOGÍA Y MEDIOS EMPLEADOS CAPÍTULO 3: FASE I. ESTUDIO DE LAS CONCENTRACIONES DE RADÓN EN EL MÓDULO SIN MEDIDAS CORRECTORAS CAPÍTULO 4: FASE II. INTRODUCCIÓN DE MEDIDAS CORRECTORAS Y ESTUDIO DE LAS CONCENTRACIONES DE RADÓN TRAS CADA OPERACIÓN CAPÍTULO 5: CONCLUSIONES FINALES CAPÍTULO 6: POSIBLES VÍAS DE INVESTIGACIÓN FUTURAS 38

43 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES 1.1. RADÓN ELEMENTO RADIACTIVO Conceptos generales sobre radiactividad Debido al tema del trabajo, en el que se parte de la consideración del carácter radiactivo y nocivo del gas radón, creo que es necesario dedicar unas páginas a exponer y definir algunos conceptos básicos sobre radiactividad para ayudar a comprender el tema concreto de la protección frente al gas radón Radiactividad En un átomo se produce una desintegración espontánea de sus núcleos atómicos mediante la emisión de partículas subatómicas llamadas partículas alfa y partículas beta, y de radiaciones electromagnéticas denominadas rayos X y rayos gamma. Es por tanto un fenómeno relacionado con los núcleos de los átomos. - Una partícula alfa (un núcleo de helio) está formada por dos protones y dos neutrones. - Las partículas beta son electrones que se desprenden de la transformación de un neutrón en un protón, un electrón y un antineutrino. Ello implica un aumento de la carga nuclear (o número atómico) en una unidad que obliga al núcleo a equilibrar su energía emitiendo electrones. - Las emisiones alfa y beta representan un cambio en el número atómico de los átomos y suelen ir asociadas con la emisión gamma. Los rayos gamma no poseen carga ni masa; por tanto, la emisión de rayos gamma por parte de un núcleo no conlleva cambios en su estructura, sino simplemente la pérdida de una determinada cantidad de energía radiante. Con la emisión de estos rayos, el núcleo compensa el estado inestable que sigue a los procesos alfa y beta. No obstante existen igualmente elementos que emiten exclusivamente radiaciones gamma. 39

44 CAPÍTULO 1: CONCEPTOS GENERALES Radiación ionizante Es aquella capaz de alterar la configuración de los átomos sobre los que incide, como consecuencia del arranque de electrones de la corteza del átomo. La materia se ioniza cuando es atravesada por las partículas Alfa y Beta así como por la radiación gamma, y su grado de ionización dependerá no solo de las características de la fuente ionizante sino también del medio sobre el que actúa Efectos biológicos de la radiación Consecuencias de la acción de una radiación ionizante sobre los tejidos de los organismos vivos. La radiación transfiere energía a las moléculas de las células de los tejidos. Como resultado de esta interacción, las funciones de las células pueden deteriorarse de forma temporal o permanente y ocasionar incluso la muerte de las mismas. La gravedad de la lesión depende del tipo de radiación, de la dosis absorbida, y de la sensibilidad del tejido frente a la radiación. Los efectos de la radiación variarán si ésta procede del exterior o si procede de un material radiactivo situado en el interior del cuerpo, como sería el caso del gas radón al ser inhalado mezclado con el aire. La radiación de radón no es suficiente para causar problemas desde el exterior, pero su inhalación y posterior adhesión de sus descendientes sólidos a las paredes pulmonares, acerca la radiación a tejidos más sensibles en los que si se pueden producir alteraciones del ADN Cáncer El cáncer es una enfermedad que consiste básicamente en una alteración de la división normal de las células, y que tiene como consecuencia la producción de tumores. El crecimiento descontrolado del tumor altera el funcionamiento normal del órgano en que se encuentra y puede causar la aparición de nuevos tumores en otros órganos. El factor causal del cáncer no es conocido, sin embargo, la evidencia científica indica que la producción de mutaciones en el ADN de las células desempeña un papel importante en su inicio y esta mutación del ADN puede ser provocada por una radiación ionizante. 40