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Hormigón y Pavimentos
Sostenibles Agosto 2014, San Luis
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
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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
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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.
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Sostenibilidad
• Triple Línea de Base
Planeta – Sociedad – Economía (Planet –
People - Profit)
Ambiental – Ergonómico – Económico
(Environmental – Ergonomics –
Economics)
Las tres R : Reducir – Reciclar – Reusar
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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.
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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.
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Planta móvil
elaboradora
Planta dosificadora
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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..,, .
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Cemento
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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.
(
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Cemento
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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%
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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.
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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
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Agua
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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
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Perfil ecológico
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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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Consumo de combustible
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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)
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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.
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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.
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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.
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GEI
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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
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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
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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
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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
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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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Consideraciones finales
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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Consideraciones finales
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.