Hormigón y Pavimentos Sostenibles. Agosto 2014, San Luis

Transcripción

1 Hormigón y Pavimentos Sostenibles Agosto 2014, San Luis

2 Consideraciones generales El transporte por carreteras, rutas, o calles contribuye enormemente a las emisiones de CO 2, el principal Gas de Efecto Invernadero y por eso, es importante tratar este tema, con referencia a los vehículos que por ellas circulan, por ejemplo, camiones, ómnibus, automóviles, etc. Desde el punto de vista de los vehículos se estudian alternativas como vehículos híbridos o eléctricos.

3 Consideraciones generales Estas soluciones son de largo plazo, mientras que una reducción potencial de las emisiones de CO 2 se puede encarar desde el punto de vista del diseño y la construcción de los pavimentos, lo que puede establecer una diferencia actualmente. Los hallazgos indican que los pavimentos rígidos reducen en forma marcada el consumo de combustibles. Los resultados se basan en un principio físico, dado que la resistencia al rodamiento entre una rueda y una superficie disminuye de acuerdo con la rigidez y la dureza de ambos.

4 4 Sostenibilidad Característica según la cual pueden satisfacerse las necesidades sociales, actual y localmente, sin comprometer las posibilidades de las generaciones futuras o de poblaciones de otras regiones, de satisfacer las propias. El uso sostenible de un ecosistema se refiere al empleo que los humanos hacemos de los recursos naturales de forma que se logre un beneficio para las generaciones actuales siempre que se mantenga su potencial para satisfacer las necesidades y aspiraciones de las futuras.

5 Sostenibilidad Triple Línea de Base Planeta Sociedad Economía (Planet People - Profit) Ambiental Ergonómico Económico (Environmental Ergonomics Economics) Las tres R : Reducir Reciclar Reusar

6 6 Desarrollo Sostenible Se definen proyectos viables desde el aspecto económico, el social y el ambiental de las actividades humanas. Deben establecerse indicadores de desempeño del triple efecto entre el bienestar social, el impacto sobre el ambiente y el resultado económico. Tolerable Ambiente Sociedad Sostenible Viable Equitativo Economía

7 7 Sostenibilidad Los tres componentes deben permanecer equilibrados entre ellos, es decir, balanceados adecuadamente. La misión del ingeniero o del arquitecto es construir sin generar impactos negativos sobre el ambiente y la sociedad. De ahí, que aparecen los términos de materiales amigables o verdes.

8 Hormigón Es el material de mayor consumo en el mundo después del agua. La producción mundial alcanza los 12 billones de toneladas anuales. Ello convierte a esta industria en el usuario más importante de recursos naturales del planeta. Se espera que la demanda alcance los 18 billones de toneladas por año, para el Además de los materiales naturales, hay involucrado un gasto considerable de energía, lo que también se debe evaluar en el impacto ambiental. 8

9 9 Hormigón tradicional Una mezcla típica contiene una gran cantidad de agregados (rocas y arena), una más moderada de cemento y agua, y un pequeña dosis de aditivos químicos. La mayoría de estos componentes, son productos manufacturados, subproductos industriales o materiales extraídos de yacimientos naturales. Por eso, se debe verificar el impacto que cada uno aporta al total.

10 10 Hormigón tradicional Resulta de la combinación y la mezcla de los componentes mencionados en pastones elaborados en plantas hormigoneras fijas o móviles. Planta móvil elaboradora Implica movimiento de materiales, mezclado y transporte, los que requieren moderados consumos de energía, generando además pequeñas cantidades de residuos. Planta dosificadora

11 11 Cemento El proceso de fabricación del clinker requiere un importante consumo de energía por tonelada. Tanto la descarbonatación de la caliza como el empleo de combustibles fósiles en el horno rotatorio, liberan CO 2 con un aporte del 60 % y un 40 % respectivamente..,,.

12 Cemento

13 Cemento Si se agregan adiciones, se reduce el Factor Clinker, así como la energía consumida en la producción del cemento y la generación de CO 2. (

14 Cemento

15 Cemento Sobre base calcinada, una composición aproximada del clinker es la siguiente: CaO = 65% - 68% TiO 2 = 0,1% - 1% SiO 2 = 20% - 23% SO 3 = 0,1% - 2% Al 2 O 3 = 4% - 6% K 2 O = 0,1% - 1% Fe 2 O 3 = 2% - 4% Na 2 O = 0,1%-0,5%. MgO = 1% - 5% Mn 2 O 3 = 0,1% - 3%

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17 MP + CA (materias primas y combustibles alternativos, AFR) 17 Agricultura Plásticos, cáscara de mani, de arroz, torta de girasol, marlo de maíz Automotriz Arena de Moldeo, Pinturas, Residuos, Neumáticos Usados Petróleo Arcilla, Aceites, Grasas Catalizadores exhaustos Centrales Térmicas Cenizas volantes Alimentaria Plásticos, Vidrio, Residuos de destilería Química Solventes, Plásticos, Catalizadores Papelera Residuo de Molienda, Ceniza de incineración Siderurgia Escoria, Polvo del precipitador electrostático, cenizas Municipios Residuo Urbano Horno Fundiciones Escoria de Cobre Editorial Plásticos, Solventes Ceniza de incineración Construcción Yeso, Madera, aserrín y pallets de madera

18 Remediación/Restauración de canteras Los proyectos de restauración, en general, que son necesarios realizar junto con el de explotación, persiguen el acondicionamiento ecológico y paisajístico de los terrenos afectados con vistas a la reinserción del área ocupada en el entorno ambiental. Es necesario el aprovechamiento de los minerales que se plantea al tiempo que se incorpora la variable ambiental, para permitir así alcanzar un equilibrio entre la alteración del ambiente y los beneficios producidos por su uso.

19 19 Agua Es comúnmente agua potable, sin ningún proceso. Tiene muy poca energía incorporada y ningún residuo. Surge como tema ambiental, pues es un recurso que puede llegar a ser escaso en algunos lugares. Ej: Río Desaguadero, Provincia de San Luis

20 Agua

21 Agregados 21 Los agregados fino y grueso, se obtienen generalmente por minería (primarios). A veces resulta como subproducto de otro proceso, como la escoria granulada de alto horno o el hormigón reciclado (secundarios). Se los puede triturar y lavar, fraccionándolos en diversos tamaños de partículas para satisfacer los requisitos de la granulometría. En algunas ocasiones se los puede secar. Estos procesos llevan implícitos cierta cantidad de energía.

22 Hormigón Verde 22 Uso de agregados Locales. Reduce emisiones por el transporte Empleo de Adiciones / Reducción del Factor Clinker Uso de vehículos más eficientes para el transporte Hormigón reciclado como agregado Resultado: Hormigón de elevada calidad y menor emisión de CO 2 Reciclado y recuperación de aguas

23 Material kg de CO 2 emitido por tonelada de cada material Hormigón tradicional Cantidad por m 3 de hormigó n kg de CO 2 emitido por m 3 de Hº Hormigón "verde" Cantidad por m 3 de hormigó n kg de CO 2 emitido por m 3 de Hº Cemento Escoria granulada de Alto Horno Cenizas Volantes Humo de Sílice Agregado grueso natural Escoria enfriada al aire Agregado fino natural Arena de escoria Aditivo 0,21 2,5 0,0005 2,5 0,0005 Agua Agua reciclada Total 2402, ,5 392

24 Huella de carbono Es la cantidad total de Gases de Efecto Invernadero producidos por las actividades humanas en forma directa o indirecta, expresada generalmente en toneladas equivalentes de CO 2.

25 Huella de carbono Cada una de las siguientes actividades, agrega 1 kg de CO 2 a la huella de carbono personal: * Viaje en transporte público (tren u ómnibus) una distancia entre 10 km a 12 km. * Recorrido con un automóvil una distancia de 6 km. * Vuelo en avión una distancia de 2,2 km. * Operación de una computadora durante 32 h. * Producción de 5 bolsas de plástico. * Producción de 2 botellas de plástico.

26 26 Huella de Carbono: Acciones Se están realizando innovaciones en la tecnología del hormigón para mejorar su desempeño desde el enfoque de la construcción sostenible. Sin embargo, si se lo compara con otros materiales de construcción usuales, se lo puede considerar ventajoso desde el punto de vista del consumo energético para su obtención.

27 Huella de carbono Se trata que en los proyectos que se desarrollen, se busque reducir el CO 2 que incorporan los materiales de la construcción y las emisiones durante la fase constructiva, a pesar que, si se comparan éstas, con la necesaria para la utilización y el mantenimiento de la estructura, esta última las supera ampliamente. Ejemplo: Se construye un puente de elevado tránsito empleando aproximadamente 600 m 3 de hormigón armado. El CO 2 incorporado en el puente de hormigón armado se calcula de la siguiente manera: t CO2 CO 2 incorporado = 600 m 3 de hormigón x 0, = 360 t m 3 de hormigón En este ejemplo se supone que cada m 3 de hormigón armado emite a la atmósfera 0,6 t de CO 2 durante la producción del hormigón y sus componentes.

28 Huella de carbono Este es un valor que viene normalmente utilizado para calcular la impronta del carbono del hormigón armado incluyendo también la actividad de la construcción realizada en obra. Es necesario considerar también el CO 2 de las barras de acero. Se establece la hipótesis de que la carga del tráfico diario soportado por el puente es de aproximadamente vehículos. Cada vehículo emite aproximadamente 200 g de CO 2 por cada kilómetro recorrido. La impronta del carbono del puente puede ser convertida en kilometraje por vehículo a través del cálculo siguiente: 360 t CO2 Kilometraje del vehículo = = 360 km/vehículo 5000 vehículos x 200 g CO 2 /km Entonces si la construcción del puente determina la reducción de la distancia necesaria de recorrer, para cada vehículo, se puede notar cómo ya después de un año, la reducción de la emisión de CO 2 debida al pasaje de los automóviles sobrepasa el valor inicial de la impronta de CO 2 incorporado en el puente, determinando como resultado, una reducción neta de las emisiones de CO 2.

29 29 Pavimentos Verdes Deben ofrecer beneficios a los propietarios y a los usuarios: Menor costo inicial. Costo de mantenimiento reducido. Eficiencia energética. Larga vida (durabilidad). Reciclabilidad. Seguridad y confort.

30 Análisis del Ciclo de Vida Es la investigación y evaluación de los impactos ambientales de un determinado producto, servicio o proceso.

31 31 Ciclo de Vida de un pavimento Materiales Construcción Vida útil Mantenimiento y Rehabilitación Demolición y Reciclado Materiales Demolición y Reciclado Mantenimiento y Rehabilitación Construcción Vida Útil

32 Ciclo de vida de un pavimento Materiales = extracción + producción + transporte. Construcción= demoras en el tránsito + equipos en el sitio. Vida útil = carbonatación + iluminación + albedo + resistencia al deslizamiento + lixiviación Mantenimiento y Rehabilitación = demoras en el tránsito + equipos en el sitio. Demolición y Reciclado = transporte + equipos en el sitio.

33 Ciclo de vida de un pavimento Según un estudio del Instituto Athena, sobre la energía incorporada y el potencial de calentamiento global para un ciclo de vida de 50 años: El asfalto requiere 3 veces más energía que el hormigón. El potencial de calentamiento global (CO 2 equivalente) es: Asfalto: 738 t/km Hormigón: 674 t/km

34 34 Para esta etapa, surgen las preguntas: - Cuánto de cada material producido se emplea? Construcción - Se podrían utilizar otros materiales con menor impacto ambiental? - Qué cantidad de energía se ha empleado? - Se generan residuos y si es así, cómo impactan al ambiente?

35 35 Vida útil Tiene un impacto directo sobre la Sostenibilidad del pavimento. Su edad de diseño generalmente es de 25 años, aunque la tendencia es diseñar a 40 años. Los pavimentos de hormigón superan estas vidas en servicio. El hormigón es sinónimo de larga vida, y ello minimiza el impacto ambiental. Se reduce el consumo de materiales, de energía y las congestiones por intervenciones.

36 36 Mantenimiento Algo que no se debe perder de vista es el funcionamiento o servicio del pavimento. Se deben considerar, la seguridad, la visibilidad, el costo de los usuarios y la necesidad de intervenciones de mantenimiento, con las interrupciones de tránsito asociadas. El gasto de energía y la generación de residuos en estas tareas es mucho más significativo que el insumido durante la construcción: Reparaciones Mantenimiento Iluminación Calefacción Consumo Iluminación de Combustible

37 Perfil ecológico

38 38 Técnicas de Rehabilitación Una vez alcanzada la etapa final de su vida útil, controlada por su durabilidad, el pavimento puede ser rehabilitado mediante distintas técnicas. El caso de la Ruta 66 de EEUU es un excelente ejemplo de la sostenibilidad de un pavimento de hormigón. Fue construída en 1946, pulida en 1965, repulida en 1984 y nuevamente en Actualmente, la transitan vehículos por día.

39 39 Consumo de Combustible En una estructura flexible, los vehículos pesados generan mayores deformaciones que en el pavimento rígido. Estas deformaciones involucran un consumo de energía, que de otra forma se encontraría disponible para la propulsión de los vehículos. Según estudios del National Research Council de Canadá, se obtiene una reducción significativa en el consumo de combustible en vehículos pesados, cuando circulan sobre pavimentos de hormigón de entre 0,8% al 6,9%.

40 Consumo de combustible

41 Reflectividad Superficial (Albedo) 41 El albedo se define como el porcentaje de radiación que una superficie refleja respecto a la incidente. Las superficies claras tienen valores más altos de albedo que las oscuras, y las brillantes más que las opacas. Los pavimentos de hormigón por su color claro, reducen el incremento de temperatura por radiación, y el efecto de isla urbana de calor. Ello reduce los costos asociados a la refrigeración y las emisiones de GEI.

42 Reflectividad superficial(albedo)

43 Isla de calor Es la diferencia de temperaturas o el gradiente térmico, entre áreas desarrolladas y no desarrolladas. Efecto isla de calor: absorción de calor por pavimentos no reflectivos, oscuros y su radiación a las áreas circundantes.

44 Albedo Los pavimentos absorben la radiación y la liberan en forma de calor. El resultado es un incremento de las temperaturas urbanas, lo que provoca un aumento del consumo de electricidad, para el uso del aire acondicionado. El color más claro del hormigón significa menos absorción de calor. Baja la temperatura del aire ambiente en 7 ºC a 10 ºC, con la aclaración de que 1 ºC cambia un 1,5 % en el consumo de energía. Produce ahorros del 10 % al 15 % en los costos operativos del Aire acondicionado.

45 Índice de Reflexión Solar (SRI) Es una medida de la habilidad de una estructura de rechazar el calor solar, como se demuestra por un pequeño incremento de la temperatura. Las referencias son el negro con 0 y el blanco, con 100. En el 0, es más probable que absorba e irradie calor (asfalto) y 100 para el más reflectivo (hormigón), con menos probabilidad de absorber calor.

46 GEI

47 Superficie del material Pintura acrílica negra Albedo y SRI Albedo Emitancia SRI 0,05 0,9 0 Asfalto nuevo 0,05 0,9 0 Asfalto antiguo 0,1 0,9 6 Hormigón antiguo Hormigón nuevo (normal) Hormigón de cemento portland blanco Pintura acrílica blanca 0,2 0,3 0, ,35 0,45 0, ,7 0, ,8 0,9 100

48 Albedo de materiales de construcción Material Descripción Albedo cemento Gris oscuro 0,38 Blanco 0,87 Ceniza volante Gris oscura 0,28 Gris clara 0,36 Cemento de alto horno Oscuro 0.71 Medio 0,75 Claro 0,75 Negro 0,22 Agregado fino/grueso Caliza 0,42

49 49 Visibilidad nocturna Por su color claro, los pavimentos de hormigón mejoran la visibilidad nocturna. Se requiere menos potencia lumínica para lograr una iluminación artificial adecuada, y menos cantidad de luminarias. Se reduce el riesgo de accidentes, mejorando la seguridad de las personas.

50 50 Reciclado Las preguntas que aquí surgen son: - Se pueden reciclar los materiales empleados? - Se puede re usar una parte del pavimento? - Se pueden disponer algunos materiales? - Generan los residuos un impacto ambiental negativo? REUSAR RECICLAR REDUCIR

51 51 Reciclado Si un pavimento ya no cumple más la función para la cual fue proyectado, debe ser rehabilitado. Actualmente, ese material puede ser reciclado para evitar el impacto negativo de los escombros, empleándolo en nuevas aplicaciones, en reemplazo de materiales vírgenes. Material de Construcción Reciclado Rubblizing Pavimento Rígido

52 52 Consideraciones finales Empleo, en la fabricación de cemento, residuos como materias primas y combustibles alternativos (AFR). Reducción del factor clínker mediante el empleo de adiciones activas y filleres. Optimización del diseño de las estructuras, teniendo en cuenta el Ciclo de vida. Diseño de mezclas con baja relación agua-cemento, obteniendo hormigones más resistentes y durables. Reemplazo de los agregados convencionales, por hormigón triturado y/o subproductos industriales (agregados secundarios).

53 Consideraciones finales 53 Empleo de materiales adecuados y buenas prácticas constructivas asegura la larga vida de un pavimento. Control de calidad estricto. Buena rugosidad que mejora el confort, pero además prolonga la vida y disminuye el consumo de combustibles, con menores emisiones de GEI. Análisis del Ciclo de Vida con las ventajas que presentan los pavimentos rígidos desde el enfoque sostenible.

54 Consideraciones finales Emisiones de GEI menores (en CO 2 equivalente). Smog reducido (óxidos de nitrógeno, NO x ). Lluvia ácida reducida (dióxido de azufre, SO 2 ). Uso de energía reducido, durante un período de 50 años de vida.