Amprenta de CO2 a metodelor de stabilizare a pantelor. Comparatie intre solutia cu plasa flexibila si cea cu torcret

Pe masura ce preocuparea pentru protectia mediului creste, metoda amprentei cu CO₂ este tot mai raspandita pentru a evalua emisiile gazelor cu efect de sera ale unui produs. Metoda permite comparatia intre produse si ofera posibilitatea factorilor decizionali sa aleaga produsele mai putin poluante.

In domeniul stabilizarii pantelor, utilizarea plaselor din otel de inalta rezistenta in combinatie cu tijele de ancoraj este o obisnuinta in multe tari. In comparatie cu torcretul si cu plasele din oteluri grele, capa­citatea de transfer a incarcarii este egala sau mai mare. Plasa permite, insa, plantelor sa isi faca aparitia si sa creasca prin sistem.

Recenta evaluare a amprentei de CO₂ luand in considerare producerea si transportul materialului pentru o masura echivalenta de stabilizare arata ca sistemul cu plasa din otel de inalta rezistenta are o amprenta de CO₂ foarte mica. Metodele folosite pentru evaluarea impactului sunt de la emisiile de dioxid de carbon provenite din arderea combustibililor fosili, pana la alte emisii care contribuie la schimbarea climei. Aceste alte emisii au fost inregistrate si evaluate conform cu contributia lor specifica pentru a da un index global „Potentialul de incalzire globala“ (GWP).

In comparatie cu torcretul, amprenta de CO₂ a plasei din otel de inalta rezistenta este cu pana la 75% mai mica iar in comparatie cu plasele din oteluri grele cu pana la 50%! Unul dintre motivele pentru rezultatele bune obtinute il constituie nivelul ridicat, in general, al emisiilor de CO₂ ale betonului. Mai mult, o greutate mai redusa a materialului, precum si costul transportului produsului destinat stabilizarii, in vederea obtinerii aceluiasi efect, pledeaza in favoarea solutiei cu plase.

Sistemul TECCO® de stabilizare a versantilor este un sistem de protectie cu functionalitate dovedita. El este realizat din plasa din otel de inalta rezistenta, in combinatie cu tije de ancoraj sau ancore, pentru stabilizarea pantelor instabile si cu ruperi in sol sau stanca. Placi de baza speciale tensioneaza sistemul influentand, in mod pozitiv, deformatia acestuia. Sistemul este unul de tip deschis, fara posibilitatea acumularii de apa in spatele acoperirii cu plasa.

Sistemul TECCO® constituie o alter­nativa la stabilizarea pantelor cu torcret in combinatie cu ancore. Datorita faptului ca, in procesul de fabricare, sistemul TECCO® necesita mai putin material, este de asteptat ca el sa contribuie mai putin, comparativ cu solutiile clasice, la schimbarile climatice. Acest lucru a fost clar confirmat in cadrul unui studiu realizat de Institutul de Ingi­nerie Civila si Mediu de la Universitatea Stiintelor Aplicate Rapperswil, Elvetia.

SISTEMUL TECCO® DE STABILIZARE A VERSANTILOR

Utilizarea plaselor din sarma si din cabluri pentru stabilizarea pantelor si-a dovedit eficienta in numeroase cazuri si ofera, in mod frecvent, o alternativa la zidurile de sprijin sau torcret. Fiind un sistem deschis, el permite intregii suprafete sa se acopere cu verdeata.

Pentru stabilizarea pantelor sunt folosite, deseori, plase a caror rezistenta la tractiune este de cca 50 kN/m, plase fabricate din oteluri cu o rezistenta de cca 500 N/mm2. Luand in consi­derare un caroiaj economic, adeseori acestea nu sunt capabile sa preia  si sa transfere, cu precizie, catre ancoraje, fortele dezvoltate.

Conceperea unei plase realizate din otel de inalta rezistenta, de cel putin 1.770 N/mm2, si care poate fi dimensionata folosind modele statice pentru sol si roca ofera o posibilitate interesanta pentru stabilizarea, in mod eficient, a pantelor.

In principiu, sistemul TECCO® de stabilizare a versantilor este format din urmatoarele elemente:

• Plasa TECCO® din otel de inalta rezistenta;
• Placile de ancoraj TECCO®;
• Tije sau ancore standard, dispo­nibile pe piata; de exemplu, tip GEWI, TITAN sau IBO.

Plasa TECCO® din otel de inalta rezistenta folosita la stabilizarea pantelor in mod standard este reali­zata din sarma de 3 mm, acoperita cu o protectie anticoroziva dintr-un aliaj aluminiu-zinc (SUPERCOATING®). Ochiurile de 83 mm x 143 mm, sub forma de diamant, ale plasei sunt produse printr-un proces simplu de rasucire. Plasa TECCO® are o rezistenta la tractiune de cel putin 150 kN/m. Structura tridimensionala a plasei influenteaza in mod pozitiv interac­tiunea cu solul si, impreuna cu o frecare favorabila, ofera posibilitatea revegetarii in urma unei insamantari.

Pentru a obtine un comportament optim al sistemului de protectie, forma, marimea si rezistenta la incovoiere ale placilor de baza au fost adaptate, prin numeroase teste de incovoiere, strapungere si forfecare, la plasa TECCO®. Contactul cu plasa si, acolo unde este posibil, usoara apasare a placii pe plasa, face ca plasa sa se muleze si sa se fixeze pe panta, stabilizand-o.

METODA

Principiul de baza

Principiul de baza al acestui studiu il constituie metoda de evaluare a ciclului de viata (LCA), metoda care analizeaza impactul general pe care un produs il are asupra mediului, de la producerea materiei prime si pana la punerea in opera, asa cum este descris in ISO 12040:2006 si ISO 14044:2006. In contrast cu LCA, analiza noastra se concentreaza asupra emisiilor relevante in proble­ma incalzirii globale, emisii caracte­rizate prin „Potentialul de incalzire globala“ (conform cu Guinée 2001). Pentru a indica acest lucru ne referim la studiul nostru ca fiind „Amprenta CO₂“.

Exemplu de versant

Emisiile relevante pentru mediu au fost estimate pentru doua sisteme de stabilizare comparabile si pentru o panta de 8,5 m inaltime si o lungime de 100 m: una cu sistemul Tecco® si una cu acoperirea clasica cu torcret. Deoarece nu sunt asteptate diferente semnificative referitor la emisiile rezultate in urma punerii in opera, manipularii, intretinerii, demontarii si eliminarii, aceasta analiza se limiteaza la fabricatia materialelor utilizate si la transportul lor in santier.

Materiale utilizate

Materialele utilizate pentru cele doua solutii sunt prezentate in tabelul de mai jos. Aceste cantitati corespund pentru stabilizarea unei pante de 100 m lungime, dupa cum este reprezentat in figura 3.

Definirea sistemului

Analiza duratei de viata va fi limitata la fabricarea materialelor de constructie si la transportul acestora pe santier.

Procedurile privind construirea, operarea, intretinerea, demon­tarea si evacuarea nu vor fi luate in consi­derare (fig. 4).

Aceasta definire se bazeaza pe urmatoarele conside­rente:

• Studiile publicate cu privire la evaluarea ciclului de viata al structurilor au la baza premisa conform careia realizarea structurii va avea un aport relativ redus la poluarea mediului inconjurator. Kasser (1998) si Geiger si Fleischer (1997) au ajuns la concluzia ca, in cazul cladirilor rezidentiale, mai putin de 1% din necesarul cumulat de energie al unei cladiri poate fi atribuit constructiei. In ceea ce priveste constructia structurilor luate in conside­rare in cazul de fata, nu se estimeaza realizarea unor cheltuieli energetice (relativ) mai mari.
• In general, s-a presupus ca nu vor exista cheltuieli cu privire la procedurile de operare si intretinere.
• La indepartarea celor doua structuri, otelul si betonul sunt principalele materiale cu care avem a face. Daca aceste doua materiale reziduale sunt colectate separat, prelucrarea si depozitarea lor va rezulta intr-un consum energetic extrem de redus si, astfel, intr-un nivel scazut de emisii care ar putea influenta schimbarile climaterice.

In plus, urmatoarele procese implicate in fabricarea materialelor de constructie nu au fost luate in considerare:

• Galvanizarea plasei TECCO®: in acest caz, numai fabricarea inve­lisului de aluminiu sau zinc a fost luat in considerare. Totusi, consumul de energie asociat cu procesul de galvanizare in sine nu a fost luat in considerare.
• Procesul de rafinare a otelului pentru plasa TECCO®.

Simplificarea este necesara deoa­rece aceste procese nu pot fi evaluate cu ajutorul datelor standard. Oricum, consumul energetic necesar la procesele de galvanizare si rafinare este scazut, chiar neglijabil, in comparatie cu cel din procesul de fabricare a otelului.

Datele de baza ale analizei inventarului ciclu de viata

Tabelul 3 ofera informatii cu privire la procesele utilizate si impacturile conexe asupra mediului inconjurator.

Valorile privind emisiile rezultate in urma fabricarii materialelor, care ar putea influenta schimbarile climaterice (inclusiv recuperarea materialelor, producerea materialelor si alimentarea cu energie), precum si cele rezultate in urma proceselor de transport, au fost preluate din baza de date Ecoinvent din domeniul Institutului Federal Tehnologic din Elvetia (ETH) (a se vedea centrul Ecoinvent, 2007).

In contextul unei estimari conservatoare a valorilor emisiilor (luarea in considerare a „celui mai rau caz posibil“), in cazurile in care exista dubii, vor fi selectate procesele ale caror efecte de poluare asupra mediului inregistreaza nivelul cel mai ridicat. Aceasta include, mai presus de toate:

• Selectarea distantelor si mijloa­celor de transport. S-a avut in vedere o distanta medie de 100 km pentru furnizorii din Elvetia, 500 km pentru furnizorii din Germania si 700 km pentru furnizorii din restul Europei Centrale. Ca mijloc de transport a fost utilizat un autocamion (28 t) pentru toate deplasarile cu destinatii europene. In China s-a luat in calcul o distanta de 8.000 km pentru transporturile navale si 500 km pentru cele rutiere.
• Selectia claselor de otel: deoa­rece nu au fost disponibile niciun fel de informatii cu privire la procentajul de reciclare si aliere, procesul de fabricare a „otelului oxigen cu nivel redus de aliaj“, care creeaza un nivel comparativ ridicat de emisii, a fost considerat ca fiind cel de baza.

Metoda de evaluare a impactului

Pe de-o parte, valorile emisiilor care ar putea influenta schimbarile climaterice au fost indicate prin nivelul emisiilor de dioxid de carbon rezultate in urma arderii combus­tibililor fosili (in kg de „CO₂ – fosil“). Pe de alta parte, toate emisiile care contribuie la schimbarile climaterice au fost inregistrate si ponderate in functie de contributia lor specifica – prin raportarea la dioxidul de carbon, ca o variabila de referinta – si adunate pentru a oferi un index ge­neral. Acest index general este cunoscut ca „potentialul de incalzire globala“ (prescurtat „GWP“); unitatea de masura utilizata este kg CO₂ echivalent. Aceasta metoda de evaluare a fost utilizata ca parte componenta a Evaluarii ciclului de viata in cadrul a numeroase studii si este recunoscuta la nivel international (a se vedea Guinée et al. 2001 si Frischknecht et al. 2003).

REZULTATE

Comparatia valorilor totale ale emisiilor relevante din punct de vedere climateric, pe parcursul ciclului de viata al celor doua structuri, indica, in mod clar, ca sistemul TECCO® are o contributie semnificativ mai redusa la efectul de sera, comparativ cu acoperirea cu torcret ancorat (fig. 5). Acest aspect este valabil atat pentru „CO₂ – fosil“ cat si pentru „potentialul de incalzire globala (GWP)“. Impactul sistemului TECCO® asupra mediului este de aproximativ 4 – 5 ori mai redus, cu ambele metode de evaluare.

Diferenta poate fi explicata prin deosebirile de la nivelul cantitatilor de materiale utilizate. In structura cu ancore si torcret, sunt necesare aproximativ 14.700 kg de otel, 40.300 kg de ciment si 564.000 kg de beton. Pentru acelasi versant, cu sistemul TECCO® sunt utilizate aproximativ 8.100 kg de otel si 23.400 kg de ciment. Aceste dife­rente au un efect major in ceea ce priveste impactul asupra mediului, ca urmare atat a producerii materialelor, cat si a transportarii acestora pe santier.

In cazul sistemului TECCO® se pot concluziona urmatoarele:

• Ancorajele contribuie intr-o masura mai mare decat plasa la efectul de sera.
• Cimentul utilizat are cea mai semnificativa contributie la impactul total asupra mediului, fiind urmat de otel (in raport de 3 la 1).
• Efectul transportului este relativ mai redus, cu 5%, din impactul total.

In ceea ce priveste sistemul cu acoperire cu torcret ancorat:

• Acoperirea cu torcret contribuie mai mult la efectul de sera, cu 70% din impactul total asupra mediului, comparativ cu sistemul de ancorare (a carui contributie este de aproximativ 30%).
• Cimentul utilizat are cea mai semnificativa contributie la impactul total asupra mediului, fiind urmat de otel (in raport de 12 la 1).
• Efectul transportului este cu aproximativ 9% mai semnificativ decat impactul otelului.

CONCLUZII

Pe baza acestor rezultate, se poate concluziona ca sistemul TECCO® contribuie mai putin la producerea efectului de sera decat un sistem comparabil de stabilizare a versantilor realizat cu torcret ancorat. Diferenta dintre cele doua sisteme este semnificativa, dupa cum indica si studiul de fata.

Impactul asupra mediului al stabi­lizarii realizate cu ajutorul sistemului TECCO® este de aproximativ 4 – 5 ori mai redus decat al celei realizate cu torcret.

Din moment ce diferenta dintre cele doua sisteme este semnificativa, o analiza detaliata a tuturor proceselor de pe parcursul ciclului de viata si o examinare detaliata a procesului de fabricare a otelului si a celui de transportare nu ar conduce la rezultate fundamentale noi. Aceste afirmatii sunt valabile pentru estimarile privind durata de viata, procedurile de intretinere si reparare. Si in acest caz, rezultatul este unul concludent.

BIBLIOGRAFIE

1. Ecoinvent Center, Ecoinvent Database V2.0, http://www.ecoinvent.ch, Editor. 2007: Dübendorf, 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, Dübendorf (2003);
3. Flum D., RÜegger 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 Wohngebäuden. In: Gesamtheitliche Betrachtung von Energiesystemen. VDI-1328. Düssel­dorf (1997);
5. GuinÉe JB., GorrÉe 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., Gebäude gesam­te­nergetisch beurteilt. Sonderdruck aus: Schweizer Architekt, Nr. 13 (1998);
7. Kytzia S., CO₂ footprint of slope stabilisation methods (2008);
8. ISO 14040, Umweltmanagement – Ökobilanz – Grundsätze und Rahmenbedingungen. Ausgabe 2006-10 (2006);
9. ISO 14044, Umweltmanagement – Ökobilanz – Anforderungen und Anleitungen. Ausgabe 2006-11 (2006);
10. RÜegger R., Flum D., Anforderungen an flexible Bösch­ungs­stabilisierungssysteme bei der Anwendung in Boden und Fels. Technische Akademie Esslingen, Beitrag für 5. Kolloquium „Bauen in Boden und Fels“ (2006).

Autori:
dipl. ing. Daniel Flum – Rüegger&Flum AG, St. Gallen, Elvetia
prof. dr. Susanne Kytzia – Hochschule Rapperswil, Elvetia
dipl. ing. Armin Roduner, dipl. ing. Marius Bucur, dipl. ing. George Corbescu – Geobrugg AG Geohazard Solutions 

…citeste articolul integral in Revista Constructiilor nr. 114 – mai 2015, pag. 26