A XII-a Conferin Naional de Geotehnic i Fundaii - Iai, 20-22 septembrie 2012

Amprenta de CO2 a metodelor de stabilizare a pantelor. Comparaie ntre soluia cu plas flexibil i torcret

Daniel Flum Regger+Flum AG, St. Gallen, Elveia

Susanne Kytzia Hochschule Rapperswil, Elveia

Armin Roduner, Marius Bucur, George Corbescu Geobrugg AG Geohazard Solutions

Cuvinte cheie: plas flexibil, sistem TECCO, torcret, emisii CO2

REZUMAT: n timp ce preocuparea pentru protecia mediului crete, metoda amprentei cu C02 este foarte rspndit pentru a evalua emisiile gazelor cu efect de ser pentru un produs dat. Aceasta permite comparaia ntre produse i permite factorilor decizionali s aleag produsele mai puin poluante. n domeniul stabilizrii pantelor, utilizarea plaselor din oel de nalt rezisten n combinaie cu tijele de ancoraj este n multe ri o obinuin. n comparaie cu torcretul i cu plasele din oeluri grele, capacitatea de transfer a ncrcrii este egal sau mai mare. Plasa permite plantelor s i fac apariia i s creasc prin sistem. Recenta evaluare a amprentei de CO2 lund n considerare producerea i transportul materialului pentru o msur echivalent de stabilizare arat c sistemul cu plas din oel de nalt rezisten are o amprent de CO2 foarte mic. Metodele folosite pentru evaluarea impactului sunt, de la emisiile de dioxid de carbon provenite din arderea combustibilor fosili precum i alte emisii care contribuie la schimbarea climei. Aceste alte emisii au fost nregistrate i evaluate conform cu contribuia lor specific pentru a da un index global , Potenialul de nclzire Global (GWP). n comparaie cu torcretul, amprenta de CO2 a plasei din oel de nalt rezisten este cu pn la 75% mai mic iar n comparaie cu plasele din oeluri grele cu pn la 50%! Unul din motivele pentru rezultatele bune obinute l constituie nivelul ridicat n general al emisiilor de CO2 ale betonului. Mai mult, o greutate mai redus a materialului precum i costul transportului produsului destinat stabilizrii n vederea obinerii aceluiai efect pledeaz n favoarea soluiei cu plase.

1 INTRODUCERE

Sistemul TECCO de stabilizare al versanilor este un sistem de protecie cu funcionalitate dovedit realizat din plas din oel de nalt rezisten n combinaie cu tije de ancoraj sau ancore pentru stabilizarea pantelor instabile i cu ruperi n sol sau stnc. Plci de baz speciale tensioneaz sistemul influennd n mod pozitiv deformaia acestuia. Sistemul este unul de tip deschis, fr posibilitatea acumulrii de ap n spatele acoperirii cu plas.

Sistemul TECCO constituie o alternativ la stabilizarea pantelor cu torcret n combinaie cu ancore. Datorit faptului c sistemul TECCO , n procesul de fabricare, necesit mai puin material, este de ateptat ca acesta s contribuie mai puin, comparativ cu soluiile clasice, la schimbrile climatice. Acest lucru a fost clar confirmat n cadrul unui studiu realizat de ctre Institutul de Inginerie Civil i Mediu de la Universitatea tiinelor Aplicate Rapperswil, Elveia.

2 SISTEMUL TECCO DE STABILIZARE AL VERSANILOR

Utilizarea plaselor din srm i din cabluri pentru stabilizarea pantelor i-au dovedit eficiena n numeroase cazuri i ofer n mod frecvent o alternativ la zidurile de sprijin sau torcret. Fiind un sistem deschis, aceasta permite ntregii suprafee s fie acoperit cu verdea. Pentru stabilizarea pantelor, adeseori sunt folosite plase a cror rezisten la traciune este de cca 50 kN/m, realizate

867

din oeluri cu o rezisten de cca 500 N/mm2. Lund n considerare un caroiaj economic, adesea nu sunt capabile a prelua i transfera cu precizie ctre ancoraje forele dezvoltate.

Dezvoltarea unei plase realizat din oel de nalt rezisten dintr-o srm a crei rezisten este de cel puin 1770 N/mm2 i care poate fi dimensionat folosind modele statice pentru sol i roc ofer o posibilitate interesant pentru stabilizarea n mod eficient a pantelor. n principiu, sistemul TECCO de stabilizare al versanilor este format din urmtoarele elemente: Plasa TECCO din oel de nalt rezisten Plcile de ancoraj TECCO Tije sau ancore standard, disponibile pe pia, de exemplu tip GEWI, TITAN sau IBO

Plasa TECCO din oel de nalt rezisten folosit la stabilizarea pantelor n mod standard este realizat din srm de 3 mm i acoperit cu o protecie anticoroziv dintr-un aliaj aluminiu-zinc (SUPERCOATING). Ochiurile de 83 mm x 143 mm sub form de diamant ale plasei sunt produse printr-un proces simplu de rsucire. Plasa TECCO are o rezisten la traciune de cel puin 150 kN/m. Structura tridimensional a plasei influeneaz n mod pozitiv interaciunea cu solul. mpreun cu o frecare favorabil, aceasta ofer de asemenea posibilitatea revegetrii cu ajutorul unui nsmnri.

Pentru a obine un comportament optim al sistemului de protecie, forma, mrimea i rezistena la ncovoiere ale plcilor de baz au fost adaptate, prin numeroase teste de ncovoiere, strpungere i forfecare, la plasa TECCO. Contactul cu plasa i acolo unde este posibil, uoara apsare a plcii pe plas, face ca plasa s se muleze i fixeze pe pant stabiliznd-o.

Figura 1. Plasa TECCO i placa de baz

Figura 2. Exemplu de aplicaie n Queensland, Australia

868

3 METODA

3.1 Principiul de baz Principiul de baz al acestui studiu l constituie metoda de evaluare a ciclului de via (LCA), metod ce analizeaz impactul general pe care un produs l are asupra mediului de la producerea materiei prime i pn la punerea n oper, aa cum este descris n ISO 12040:2006 i ISO 14044: 2006. n contrast cu LCA, analiza noastr se concentreaz asupra emisiilor relevante n problema nclzirii globale, emisii caracterizate prin Potenialul de nclzire Global (conform cu Guinee 2001). Pentru a indica acest lucru ne referim la studiul nostru ca fiind Amprenta CO2.

3.2 Exemplu de versant Emisiile relevante pentru mediu au fost estimate pentru dou sisteme de stabilizare comparabile i pentru o pant de 8.5 m nlime i o lungime de 100 m: una cu sistemul Tecco i una cu acoperirea clasic cu torcret. Deoarece nu sunt ateptate diferene semnificative referitor la emisiile rezultate n urma punerii n oper, manipulrii, ntreinerii, demontrii i eliminrii, aceast analiz se limiteaz la producia materialelor utilizate i la transportul lor n antier.

Figura 3. Stabilizarea unei pante cu plasa flexibil TECCO (stnga) i torcret (dreapta)

3.3 Materiale utilizate Materialele utilizate pentru cele dou soluii sunt prezentate n tabelul de mai jos. Aceste cantiti corespund pentru stabilizarea unei pante de 100 m lungime, dup cum este reprezentat n figura 3.

Tabelul 1. Materiale utilizate la stabilizarea unei pante de 100 m lungime cu plas flexibil TECCO Sistem TECCO Material Greutate

(kg) Fixare (WT 32 brut)

Tij = 4,0 m Tij = 6,0 m Perforare pentru tije

oel oel ciment, w/c=0,4

1817,3 4088,9 23400,0

Plas din srm Plas TECCO Protecie anticoroziv: galvanizare Protecie anticoroziv: galvanizare Plac de prindere Protecie anticoroziv pentru placa de prindere Cleme de presare

Srm de nalt rezisten Zinc Aluminiu Tabl din oel Zincare Oel

1963,6 169,6 8,9 495,0 123,8

869

Protecie anticoroziv Cablu spiralat (partea superioar / partea inferioar) Protecie anticoroziv pentru cablul spiralat Ancor din cablu spiralat = 4,0 m (partea superioar / partea inferioar) Protecie anticoroziv pentru ancora din cablu spiralat Injectare ancore din cablu spiralat

Zincare Srm de nalt rezisten Zincare Srm de nalt rezisten Zincare Ciment

100,0 0,5 42,4 0,2 896,0

Revegetare Reea antierozional TECMAT Polipropilen 714,0 Greutate total materiale 34 t

Tabelul 2. Materiale utilizate la stabilizarea unei pante de 100 m lungime cu torcret Torcretare Material Greutate

(kg) Fixare (WT 28 brut) Tije = 4,0 m

Tije = 5,0 m Injectare tije

Oel Oel Ciment, a/c=0,4

1081,9 6713,7 40350,0

Torcret Torcret total (pierdere pulverizare ~25%) Cleme Plac parte superioar Protecie anticoroziv pentru placa din partea superioar

Oel Oel Zincare

564360,0 6324,8 589,2

Drenaj evi de scurgere PVC 64,0 Greutate total materiale 614 t

3.4 Definirea sistemului Analiza duratei de via va fi limitat la fabricarea materialelor de construcie i la transportul acestora pe antier. Procedurile privind construirea, operarea, ntreinerea, demontarea i evacuarea nu vor fi luate n considerare (a se vedea Figura 4). Aceast definire se bazeaz pe urmtoarele considerente: Studiile publicate cu privire la evaluarea ciclului de via al structurilor are la baz premisa

conform creia realizarea structurii va avea un aport relativ redus la poluarea mediului nconjurtor. Kasser (1998) i Geiger i Fleischer (1997) au ajuns la concluzia c, n cazul cldirilor rezideniale, mai puin de 1% din necesarul cumulat de energie al unei cldiri poate fi atribuit construciei. n ceea ce privete construcia structurilor luate n considerare n cazul de fa, nu se estimeaz realizarea unor cheltuieli energetice (relativ) mai mari.

n general, s-a presupus c nu vor exista cheltuieli cu privire la procedurile de operare i ntreinere.

La ndeprtarea celor dou structuri, oelul i betonul sunt principalele materiale cu care avem a face. Dac aceste dou materiale reziduale sunt colectate separat, prelucrarea i depozitarea acestora va rezulta ntr-un consum energetic extrem de redus i, astfel, ntr-un nivel sczut de emisii ce ar putea influena schimbrile climaterice.

870

Figura 4. Ciclul de via al unui produs i amprenta de CO2 (reprezentare schematic)

n plus, urmtoarele procese implicate n fabricarea materialelor de construcie nu au fost luate n considerare: Galvanizarea plasei TECCO: n acest caz, numai fabricarea nveliului de aluminiu sau zinc

a fost luat n considerare. Totui, consumul de energie asociat cu procesul de galvanizare n sine nu a fost luat n considerare.

Procesul de rafinare a oelului pentru plasa TECCO.

Aceast simplificare este necesar deoarece aceste procese nu pot fi evaluate cu ajutorul datelor standard.

Cu toate acestea, se poate presupune faptul c consumul energetic asociat proceselor de galvanizare i rafinare este sczut, chiar neglijabil, comparativ cu consumul energetic asociat procesului de fabricare a oelului.

CO2 echivalent / unitare funcional

emisie de gaze

Evacuare

Transport i

logistic

Transport i

logistic

Asamblare i

utilizare

Fabricare

Producerea de materiale fabricate

Recuperarea materiilor prime

Etape luate n considerare n cadrul analizei

Consum de energie

Recuperarea energiei

871

3.5 Datele de baz ale analizei inventarului ciclu de via Urmtorul tabel ofer informaii cu privire la procesele utilizate i impacturile conexe asupra mediului nconjurtor.

Tabelul 3: Lista proceselor standard utilizate i impacturile acestora asupra mediului nconjurtor Material Descriere Unitate CO2 - fosil GWP Oel Armtur de oel 63% oel de convertizor, uor aliat,

37% oel electric, nealiat sau aliat uor

[kg CO2/kg] 0,54 1,25

Oel de convertizor uor aliat

Acest proces produce oel primar [kg CO2/kg] 0,72 1,7

Ciment Ciment Protland, clas de rezisten Z 42,5, la instalaie

90% clincher, 5% aditivi bazici, 5% ghips

[kg CO2/kg] 0,764 0,829

Torcret Beton, riguros 375 kg ciment, 150 kg ap, 1880 kg

pietri [kg CO2/kg] 0,121 0,135

Transport Autocamion, 28 t [kg CO2/tkm] 0,174 0,223 Transport maritim transoceanic

[kg CO2/tkm] 0,0001 0,011

nveliuri Zinc Zinc pentru zincare [kg CO2/kg] 0,483 2,46 Aluminiu Aluminiu pentru protecie

anticoroziv [kg CO2/kg] 1,82 11,7

Altele evi de scurgere pentru torcret

evi din PVC pentru drenarea versantului

[kg CO2/kg] 0,02 2,16

Reea antierozional Ghidaj sub plasa Tecco realizat din polipropilen

[kg CO2/kg] 0,002 2

Valorile privind emisiile rezultate n urma fabricrii materialelor ce ar putea influena schimbrile climaterice (inclusiv recuperarea materialelor, producerea materialelor fabricate i alimentarea cu energie), precum i cele rezultate n urma proceselor de transport au fost preluate din baza de date Ecoinvent din domeniul Institutului Federal Tehnologic din Elveia (ETH) (a se vedea centrul Ecoinvent, 2007). n contextul unei estimri conservatoare a valorilor emisiilor (luarea n considerarea a celui mai ru caz posibil), n cazurile n care exist dubii vor fi selectate procesele ale cror efecte de poluare asupra mediului nregistreaz nivelul cel mai ridicat. Aceasta include mai presus de toate: Selectarea distanelor i mijloacelor de transport. Acestea au avut la baz o distan medie de

100 km pentru furnizorii din Elveia, 500 km pentru furnizorii din Germania i 700 km pentru furnizorii din restul Europei Centrale. Ca mijloc de transport a fost utilizat un autocamion (28 t) pentru toate deplasrile cu destinaii europene. Transporturile din China au avut ca baz o distan de 8000 km pentru transporturile navale i 500 km pentru transporturile rutiere.

Selecia claselor de oel: deoarece nu au fost disponibile niciun fel de informaii cu privire la procentajul de reciclare i aliere, procesul de fabricare a oelului oxigen cu nivel redus de aliaj care creeaz un nivel comparativ ridicat de emisii a fost considerat ca fiind cel de baz.

872

3.6 Metoda de evaluare a impactului Pe de-o parte, valorile emisiilor care ar putea influena schimbrile climaterice au fost indicate prin nivelul emisiilor de dioxid de carbon rezultate n urma arderii combustibililor fosili (n kg de CO2 - fosil). Pe de alt parte, toate emisiile care contribuie la schimbrile climaterice au fost nregistrate i ponderate n funcie de contribuia lor specific prin raportarea la dioxidul de carbon ca o variabil de referin i adunate pentru a oferi un index general. Acest index general este cunoscut ca potenialul de nclzire global (prescurtat GWP); unitatea de msur utilizat este kg CO2 echivalent. Aceast metod de evaluare a fost utilizat ca parte component a Evalurii ciclului de via n cadrul a numeroase studii i este recunoscut la nivel internaional (a se vedea Guinee et al. 2001 i Frischknecht et al. 2003).

4 REZULTATE

Comparaia valorilor totale ale emisiilor relevante din punct de vedere climateric pe parcursul ciclului de via al celor dou structuri indic n mod clar faptul c sistemul TECCO are o contribuie semnificativ mai redus la efectul de ser comparativ cu acoperirea cu torcret ancorat (a se vedea Figura 5). Acest aspect este valabil att pentru CO2 - fosil ct i pentru Potenialul de nclzire global (GWP). Impactul sistemului TECCO asupra mediului este de aproximativ 4 - 5 ori mai redus cu ambele metode de evaluare.

Figura 5. Emisiile relevante din punct de vedere climateric rezultate pe parcursul ciclului de via a dou structuri de stabilizare a versanilor comparabile, realizate prin tehnologii diferite.

Diferena poate fi explicat prin deosebirile de la nivelul cantitilor de materiale utilizate. n structura realizat cu ancore i torcret, sunt necesare aproximativ 14.700 kg de oel, 40.300 kg de ciment i 564.000 kg de beton. Pentru acelai versant, cu sistemul TECCO sunt utilizate aproximativ 8.100 kg de oel i 23.400 kg de ciment. Aceste diferene au un efect major n ceea ce privete impactul asupra mediului ca urmare att a producerii materialelor, ct i a transportrii acestora pe antier.

Comparaie ntre emisiile de CO2 a diferite sisteme de stabilizare a versanilor

Ecologizare / Drenaj nveliuri Oel Ciment i beton Transport

Torcret Torcret

CO2 - Echivalent CO2 - Fosil

873

n cazul sistemului TECCO se pot concluziona urmtoarele: Ancorajele contribuie ntr-o msur mai mare la efectul de ser dect plasa. Cimentul utilizat are cea mai semnificativ contribuie la impactul total asupra mediului, fiind

urmat de oel (n raport de 3 la 1). Efectul transportului este relativ mai redus cu 5% din impactul total.

n ceea ce privete sistemul cu acoperire cu torcret ancorat: Acoperirea cu torcret contribuie mai mult la efectul de ser cu 70% din impactul total asupra

mediului dect sistemul de ancorare cu aproximativ 30%. Cimentul utilizat are cea mai semnificativ contribuie la impactul total asupra mediului, fiind

urmat de oel (n raport de 12 la 1). Efectul transportului este cu aproximativ 9% mai semnificativ dect impactul oelului.

5 CONCLUZII

Pe baza acestor rezultate, se poate concluziona faptul c sistemul TECCO contribuie mai puin la producerea efectului de ser dect un sistem comparabil de stabilizare a versanilor realizat cu torcret ancorat. Diferena dintre cele dou sisteme este semnificativ, dup cum indic i studiul prezentat de fa. Impactul asupra mediului a sistemului de stabilizare a versanilor realizat cu ajutorul sistemului TECCO este de aproximativ 4 - 5 ori mai redus dect cel cu torcret.

Din moment ce diferena dintre cele dou sisteme este semnificativ major, o analiz detaliat a tuturor proceselor de pe parcursul ciclului de via i o examinare mai detaliat a procesului de fabricare a oelului i a celui de transportare nu ar conduce la rezultate fundamentale noi. Aceste afirmaii sunt valabile pentru estimrile privind durata de via, procedurile de ntreinere i reparare. i n acest caz rezultatul este unul concludent.

BIBLIOGRAFIE

1. Ecoinvent Center, Ecoinvent Database V2.0, http://www.ecoinvent.ch, Editor. 2007: Dubendorf, CH. 2. Frischknecht R., Jungbluth N., Althaus H.-J, Doka G., Dones R., Hischier R., Hellweg S., Humbert S., Margni M., Nemecek T., Spielmann M., Implementation of Life Cycle Impact Assessment Methods. Final report ecoinvent 2000 No. 3. Swiss Centre for Life Cycle Inventories, Dbendorf (2003) 3. Flum D., Regger R., Dimensioning of flexible surface stabilisation systems made from high-tensile steel wire meshes in combination with nailing and anchoring in soil and rock. IX International Symposium on Landslides, Rio de Janeiro, Brazil. 4. Geiger B., Fleischer T., Stoffliche und energetische Lebenszyklusanalysen von Wohngebuden. In: Gesamtheitliche Betrachtung von Energiesystemen. VDI-1328. Dsseldorf (1997) 5. Guinee JB., Gorre M., Heijungs R., Huppes G., Kleijn R., de Koning A., van Oers L., Wegener Sleeswijk A., Suh S., Udo de Haes HA, de Bruijn H., van Duin R., Huijbregts MAJ, Lindeijer E., Roorda AAH, Weidema BP., Life cycle assessment; An operational guide to the ISO standards; Characterisation and Normalisation Factors. Leiden (2001) 6. Kasser U., Gebude gesamtenergetisch beurteilt. Sonderdruck aus: Schweizer Architekt, Nr. 13 (1998) 7. Kytzia S., CO2 footprint of slope stabilisation methods (2008) 8. ISO 14040, Umweltmanagement kobilanz Grundstze und Rahmenbedingungen. Ausgabe 2006-10 (2006) 9. ISO 14044, Umweltmanagement kobilanz Anforderungen und Anleitungen. Ausgabe 2006-11 (2006) 10. Regger R.., Flum D., Anforderungen an flexible Bschungsstabilisierungssysteme bei der Anwendung in Boden und Fels. Technische Akademie Esslingen, Beitrag fr 5. Kolloquium Bauen in Boden und Fels (2006)

874