Influencia del estado superficial del pavimento en la generación de emisiones contaminantes.

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1 Influencia del estado superficial del pavimento en la generación de emisiones contaminantes. Juan Fernando Mendoza Sánchez Instituto Mexicano del Transporte Luis Felipe Romero González Instituto Mexicano del Transporte Rodolfo Téllez Gutiérrez Instituto Mexicano del Transporte Resumen Este artículo describe los efectos que el estado superficial de un pavimento genera como impactos al medio ambiente, particularmente el ruido y las emisiones. La investigación muestra los resultados de cómo el estado superficial de una carretera, medido en términos de su índice de rugosidad internacional (IRI) y según la clasificación de estado superficial en México de los caminos contribuye a la generación de emisiones contaminantes. Introducción La textura de los pavimentos tiene especial importancia como un elemento para describir el estado en que se encuentra una carretera, en términos de las irregularidades presentes en un pavimento. Dichas condiciones superficiales definen principalmente aspectos de seguridad y confort para los usuarios de una carretera, de acuerdo a diferentes escalas y parámetros, como el IRI (ver figura 1). Para la realización de la estimación de emisiones se desarrolló una metodología basada en la utilización de la herramienta informática HDM-4, la cual incluye las variables más importantes, derivadas del medioambiente, del camino y del vehículo. Los resultados muestran la cantidad de las emisiones que se generan un tramo tipo (emisiones de hidrocarburos, monóxido de carbono, óxidos de nitrógeno, partículas, dióxido de carbono y óxido de azufre), y tipo de vehículo. Palabras Clave: estado superficial, impacto ambiental, emisiones vehiculares. Figura 1. Escala del índice de rugosidad internacional Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 1

2 En México la condición del camino se evalúa según se muestra en la tabla 1 y se correlaciona conforme al IRI. Tabla 1. Clasificación del estado superficial de las carreteras Condición del camino IRI (m/km) Pavimento asfáltico Bueno <2.8 Satisfactorio (regular) No satisfactorio (malo) >4.2 Fuente: DGCC, SCT. De acuerdo a los diferentes estados del pavimento, los impactos al componente ambiental aire pueden ser más o menos significativos. En este sentido la operación del transporte al transitar por las carreteras generan impactos negativos al medio ambiente, dicha operación vehicular contribuye a la contaminación atmosférica (calidad del aire) por la generación de emisiones, así como daños a la salud pública por los efectos sonoros adversos del contacto llanta-pavimento. La investigación se centra en la influencia del estado superficial en la emisión de gases contaminantes, y como la condición del camino podría ayudar a la reducción de emisiones. Las emisiones vehiculares son una gama de contaminantes que afectan al medio ambiente; hoy existe el reto y la prioridad de disminuir las emisiones de GEI que contribuyen al cambio climático y que son acciones prioritarias dentro de los planes y programas ambientales nacionales e internacionales. En las últimas décadas ha sido más evidente la importancia de medir la contribución de las emisiones de gases invernadero y su efecto al calentamiento global. En el sector transporte, las emisiones de gases invernadero tienen su fuente principal en la emisión de CO 2 por la quema de combustibles, lo que se relaciona directamente con el uso de energéticos. La realización del monitoreo ambiental usualmente se apoya en los inventarios de emisiones, que son herramientas útiles para detallar e identificar las diferentes fuentes de emisión y la contribución de diferentes sectores. Los inventarios cuentan con estimaciones de emisiones confiables e información que puede utilizarse en la gestión y monitoreo de la calidad del aire, ya que puede ser trazable en el tiempo y actualizable. Existen diferentes maneras de llevar a cabo los inventarios de emisiones en carreteras, los parámetros más comúnmente empleados son: el número de vehículos y su nivel de actividad, donde se incluye el kilometraje que recorre la unidad y el consumo de combustible promedio; las velocidades de operación; patrones de arranque y longitudes de viaje; tecnología vehicular y edad de la flota vehicular; factores de emisión, los cuales se encuentran incorporados en diferentes modelos como el HDM-4, el cual además permite incorporar el IRI en los datos de entrada para la estimación de emisiones. Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 2

3 Metodología para la estimación de emisiones en carreteras La metodología planteada para la estimación de emisiones en carreteras se basa en tres etapas, conforme se muestra en la figura 2. El mayor trabajo se presenta en la primera de ellas, donde se requiere recopilar la información de los datos del tránsito, obtener la información de la geometría del camino, caracterizar la flota vehicular que circula en él, así Datos de entrada Geometría del camino Caracterización del parque vehicular como obtener la información ambiental de la zona donde se ubica el camino. La etapa 2 es la alimentación del modelo HDM-4 y realizar los análisis necesarios con el modelo. Finalmente la etapa 3 considera los resultados de las emisiones derivadas del análisis del modelo. Como procesos alternativos se maneja el aseguramiento de la calidad de acuerdo a los estándares establecidos y finalmente se definen los resultados finales. Datos del tránsito Datos ambientales Estado superficial Estimación de emisiones Modelo de emisión (HDM-4) Datos de salida Emisiones (HC, NOx, SO 2, CO, CO 2, PM) Aseguramiento de la calidad Resultados Ton*Km*1000Veh Figura 2. Metodología para la estimación de emisiones de vehículos automotores que circulan en carreteras. El HDM-4 es un modelo computacional que simula condiciones económicas y físicas a lo largo de un periodo, para una serie de especificaciones y escenarios definidos en la gestión de redes carreteras. El Subsistema de Efectos Ambientales (SEA) es parte de unos de los tres submodelos que lo integran. Este submodelo consta a su vez de tres partes para la estimación de contaminantes ambientales: emisiones de vehículos, balance energético y ruido. Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 3

4 El análisis realizado en este modelo es con base en una flota de vehículos representativos, los cuales muestran características que pueden ser consideradas como representativas del total de vehículos. Los contaminantes criterio estimados dentro del modelo son seis: hidrocarburos, óxidos de nitrógeno; dióxido de azufre; monóxido de carbono; y las partículas suspendidas PM (partículas en suspensión) y dióxido de carbono. Con el uso del módulo ambiental para estimar la cantidad de emisiones integrado en el HDM-4, se tiene la posibilidad de conocer la cantidad de emisiones generadas en una red carretera o segmento de la misma, por la operación del transporte que circula sobre ella. Además de las emisiones anuales totales y por vehículo, la variación anual neta de las emisiones como consecuencia de las distintas obras y alternativas de construcción con un caso base (sin proyecto o mínimo), que normalmente representa el estándar mínimo de conservación rutinario, puede también ser analizada con el HDM-4. Una vez realizado el análisis, el modelo permite generar tres tipos de reportes: Emisiones anuales por vehículo Resumen de emisiones anuales Cambio neto anual en emisiones Con los reportes que arroja el modelo se pueden manejar la información para presentarla en gráficas o tablas. Estimación de emisiones Para aplicar la metodología y realizar la estimación de emisiones, se eligió un tramo carretero del estado de Querétaro. La información de entrada se obtuvo de diversas fuentes para la estimación de emisiones, tales como la geometría horizontal del camino, las longitudes, y especificaciones geométricas, la geometría vertical se obtuvo de planos de elevaciones con uso de herramientas de sistemas de información geográfica; la caracterización de la flota vehicular se realizó mediante encuestas aplicadas en las rutas que conforman éste estudio. En cada caso en particular se consideraron condiciones óptimas para que analizar únicamente el efecto del estado superficial del pavimento, el cual fue establecido conforme a la tabla 1. Los resultados se muestran en la tabla 2 para tres clasificaciones vehiculares únicamente: vehículos ligeros (A), autobuses (B) y Camiones (C). En la tabla se puede observar la cantidad emisiones emitidas a la atmósfera en gramos por kilómetro al año, conforme a los tres diferentes niveles de clasificación del estado superficial de acuerdo a la Dirección General de Conservación de Carreteras de la SCT (DGCC). Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 4

5 Tabla 2. Emisiones por clasificación vehicular tipo A, B y C, en gramos por kilómetro emitido anualmente de acuerdo al estado superficial VEHÍCULO A ESTADO HC CO NOx PM CO 2 SO 2 BUENO 2, , , , SATISFACTORIO 2, , , , NO SATISFACTORIO 2, , , , VEHÍCULO B ESTADO HC CO NOx PM CO 2 SO 2 BUENO , , , SATISFACTORIO , , , NO SATISFACTORIO , , , VEHÍCULO C2, 3, 4 ESTADO HC CO NOx PM CO 2 SO 2 BUENO 4, , , , SATISFACTORIO 4, , , , NO SATISFACTORIO 4, , , , Fuente: Elaboración propia. Para cada tramo se obtuvieron las emisiones de hidrocarburos (HC), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), partículas (PM), dióxido de carbono (CO 2 ) y dióxido de azufre (SO 2 ). Con respecto al tipo de combustible empleado por el parque vehicular, se considera solamente los vehículos de gasolina y diesel. El tipo de pavimento considerado es asfáltico. Interpretación de resultados Los resultados de las emisiones muestran que al verse deteriorado el estado superficial del camino, las emisiones comienzan a crecer para los tres diferentes tipos de vehículos y para los diferentes contaminantes estudiados, aunque el crecimiento depende de la aportación que tienen cada uno de ellos a la atmósfera. La gráfica 1 muestra la línea de tendencia de las emisiones de CO 2, principal gas precursor del cambio climático. 208, , , , , , , Tendencia de las emisiones de CO2 en vehículos tipo A Gráfica 1. Emisiones de CO 2 para vehículos tipo A, de acuerdo al estado superficial del camino (gr/km anuales) Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 5

6 HC CO NOx PM CO2 SO2 Influencia del estado superficial del pavimento en la generación de emisiones contaminantes La aportación de cada contaminante depende diferentes factores en la combustión automotor. La gráfica 2 muestra la contribución de cada gas para los vehículos tipo A. 250, , , , , Gráfica 2. Emisiones para vehículos tipo A, de acuerdo al estado superficial del camino (gr/km anuales) En todos los casos las emisiones tienden a aumentar cuando el estado superficial del camino pasa de un nivel bueno a un satisfactorio, y aún más cuando está en un nivel no satisfactorio. Conclusiones A BUENO SATISFACTORIO NO SATISFACTORIO Desde el punto de vista ambiental el mejoramiento de las carreteras contribuye directamente a la reducción de emisiones contaminantes. El uso de herramientas informáticas es importante para la estimación de emisiones, por lo que deberá tomarse en cuenta la posibilidad de adecuar el software a las condiciones del lugar del estudio. El uso del HDM-4 es básico ya que se encuentra desarrollado para la gestión de carreteras, y no tiene consideraciones urbanas como otros modelos, de esta manera la información de entrada de la herramienta va directamente a elementos propios de una carretera. El uso potencial de la información del presente estudio se puede dar de diversas maneras: Contar con información de la cantidad de emisiones que se generan en la red carretera de un estado o del país, con fines de elaboración de estrategias relacionadas con el cambio climático, ya sean políticas de mitigación o de adaptación. Incluir en las estrategias de conservación la variable ambiental emisiones generadas al definir la acción de conservación a implementar, ya que de acuerdo a cada acción de mejora establecida en el HDM-4 se obtienen más o menos emisiones. Reportar el ahorro de emisiones por la mejora del estado del camino que se le realice a la red de carreteras. La cual podría tener ventajas a nivel país participando en el mercado de bonos de carbono y obtener recursos para la mejora de la infraestructura vial Identificar puntos críticos donde se generan actualmente un número significativos de emisiones, de tal manera que se pueda conocer la Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 6

7 causa y proponer alternativas de solución, que podría ser la mejora de la geometría del camino, el estado superficial del pavimento, la conceptualización de rutas alternas, entre otras. Eficiencia en el consumo de energía de los vehículos, identificando las zonas de mayor consumo energético, para establecer acciones de ahorro de energía. Establecer rutas vulnerables, donde los vehículos mayormente contaminantes no les sea posible circular en zonas de alto valor ambiental. Finalmente se espera que esta investigación influya en las políticas públicas en materia de conservación vial para la reducción de gases de efecto invernadero y pueda en un futuro formar parte del programa sectorial de comunicaciones y transportes contra el cambio climático Bibliografía Mendoza, J.F. et al. Inventario de emisiones en carreteras. Publicación Técnica No. 339 Instituto Mexicano del Transporte. Qro, México. (2010) Mendoza, J.F. et al. Reporte nacional Mitigando el cambio climático en las carreteras XXIV Congreso Mundial de la Carretera. México, DF (2011) Mendoza, J.F.; Romero, L.F.; Téllez, R. 7