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Hormigón y Pavimentos

Sostenibles Agosto 2014, San Luis

http://www.cementplant.com/cpf/posts/quote/0/5344.page;jsessionid=477D2CE7EC751F41BB9ED429AC033D74

INSTITUTO DEL CEMENTO PORTLAND ARGENTINO

El transporte por carreteras, rutas, o calles contribuye enormemente a las emisiones de CO2, 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.

Consideraciones generales


Estas soluciones son de largo plazo, mientras que una reducción potencial de las emisiones de CO2 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.

Consideraciones generales


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.

4


Sostenibilidad

• Triple Línea de Base

Planeta – Sociedad – Economía (Planet –

People - Profit)

Ambiental – Ergonómico – Económico

(Environmental – Ergonomics –

Economics)

Las tres R : Reducir – Reciclar – Reusar


Desarrollo Sostenible 6

Ambiente Economía Viable

Sostenible

Sociedad

Equitativo Tolerable

• 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.


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”.

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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 2050.

• Además de los materiales naturales, hay involucrado un gasto considerable de energía, lo que también se debe evaluar en el impacto ambiental.

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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.

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Hormigón tradicional

Resulta de la combinación y la

mezcla de los componentes

mencionados en pastones

elaborados en plantas hormigoneras

fijas o móviles.

Implica movimiento de materiales,

mezclado y transporte, los que

requieren moderados consumos de

energía, generando además

pequeñas cantidades de residuos.

10

Planta móvil

elaboradora

Planta dosificadora


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 CO2 con un aporte del 60 % y un 40 % respectivamente..,, .

11


Cemento


Cemento

Si se agregan adiciones, se reduce el Factor

Clinker, así como la energía consumida en

la producción del cemento y la generación

de CO2.

(


Cemento


Cemento

Sobre base calcinada, una composición

aproximada del clinker es la siguiente:

CaO = 65% - 68% TiO2 = 0,1% - 1%

SiO2 = 20% - 23% SO3 = 0,1% - 2%

Al2O3= 4% - 6% K2O = 0,1% - 1%

Fe2O3 = 2% - 4% Na2O = 0,1%-0,5%.

MgO = 1% - 5%

Mn2O3 = 0,1% - 3%


MP + CA (materias primas y combustibles alternativos, AFR)

Horno

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

Química Solventes, Plásticos,

Catalizadores

Siderurgia Escoria,

Polvo del precipitador

electrostático, cenizas

Alimentaria Plásticos, Vidrio,

Residuos de destilería

Papelera Residuo de Molienda,

Ceniza de incineración

Editorial Plásticos, Solventes

Ceniza de incineración

Construcción Yeso, Madera,

aserrín y pallets

de madera

Municipios Residuo Urbano Fundiciones

Escoria de Cobre

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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.


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

19


Agua


Agregados 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.

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Hormigón “Verde”

Resultado: Hormigón

de elevada calidad y

menor emisión de CO2

Empleo de

Adiciones /

Reducción del

Factor Clinker

Uso de agregados

Locales. Reduce

emisiones por el

transporte

Uso de vehículos

más eficientes para

el transporte

Reciclado y

recuperación de

aguas

Hormigón

reciclado

como

agregado

22


Material

kg de CO2

emitido

por

tonelada

de cada

material

Hormigón tradicional Hormigón "verde"

Cantidad por

m3 de

hormigó

n

kg de CO2

emitido

por m3

de Hº

Cantidad por

m3 de

hormigó

n

kg de CO2

emitido

por m3

de Hº

Cemento 1000 320 320 150 150

Escoria granulada de Alto Horno 630 0 90 57

Cenizas Volantes 0 0 70 0

Humo de Sílice 0 0 10 0

Agregado grueso natural 135 1100 149 770 104

Escoria enfriada al aire 80 0 330 26

Agregado fino natural 63 800 50 560 35

Arena de escoria 80 0 240 19

Aditivo 0,21 2,5 0,0005 2,5 0,0005

Agua 0 180 0 0 0

Agua reciclada 0 0 180 0

Total 2402,5 519 2402,5 392


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 CO2.


Huella de carbono

Cada una de las siguientes actividades, agrega 1 kg de CO2 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.


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.

26


Huella de carbono

Se trata que en los proyectos que se desarrollen, se busque reducir el CO2 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 m3 de hormigón armado.

El CO2 incorporado en el puente de hormigón armado se calcula de la siguiente manera:

tCO2

CO2 incorporado = 600 m3 de hormigón x 0,6 -------------- = 360 t

m3 de hormigón

En este ejemplo se supone que cada m3 de hormigón armado emite a la atmósfera 0,6 t de CO2 durante la producción del hormigón y sus componentes.


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 CO2 de las barras de acero. Se establece la hipótesis de que la carga del tráfico diario soportado por el puente es de aproximadamente 5 000 vehículos.

Cada vehículo emite aproximadamente 200 g de CO2 por cada kilómetro recorrido.

La impronta del carbono del puente puede ser convertida en kilometraje por vehículo a través del cálculo siguiente:

360 tCO2

Kilometraje del vehículo = ---------------------- = 360 km/vehículo

5000 vehículos x 200 g CO2 /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 CO2 debida al pasaje de los automóviles sobrepasa el valor inicial de la impronta de CO2 incorporado en el puente, determinando como resultado, una reducción neta de las emisiones de CO2.


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.

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Análisis del Ciclo de Vida

Es la investigación y evaluación de los

impactos ambientales de un determinado

producto, servicio o proceso.


Ciclo de Vida de un pavimento

Materiales

Construcción

Vida útil

Mantenimiento y

Rehabilitación

Demolición y

Reciclado

Construcción

Vida Útil

Mantenimiento y

Rehabilitación

Demolición y

Reciclado

Materiales

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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.


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 (CO2 equivalente) es:

Asfalto: 738 t/km Hormigón: 674 t/km


Construcción Para esta etapa, surgen las

preguntas:

- Cuánto de cada material

producido se emplea?

- 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?

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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.

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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:

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Iluminación

Mantenimiento Calefacción

Consumo de

Combustible

Reparaciones Iluminación


Perfil ecológico


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 1997.

Actualmente, la transitan

240 000 vehículos por día.

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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%.

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../AppData/Local/Microsoft/Windows/Temporary%20Internet%20Files/share/Escritorio/CANADA-TEST%20REPORT.pdf


Consumo de combustible


Reflectividad Superficial (Albedo)

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.

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Reflectividad superficial(Albedo)


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.


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.


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.


GEI


Albedo y SRI

Superficie del

material

Albedo Emitancia SRI

Pintura acrílica

negra

0,05 0,9 0

Asfalto nuevo 0,05 0,9 0

Asfalto antiguo 0,1 0,9 6

Hormigón

antiguo

0,2 – 0,3 0,9 19 – 32

Hormigón

nuevo (normal)

0,35 – 0,45 0,93 38 - 52

Hormigón de

cemento

portland blanco

0,7 – 0,8 0.9 86 – 100

Pintura acrílica

blanca

0,8 0,9 100


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


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.

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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

50


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

51


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).

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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.

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Emisiones de GEI menores (en CO2 equivalente).

Smog reducido (óxidos de nitrógeno, NOx).

Lluvia ácida reducida (dióxido de azufre, SO2).

Uso de energía reducido, durante un período de

50 años de vida.

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