INSTITUTO TECNOLÓGICO DE DURANGO
DIVISIÓN DE ESTUDIOS DE POSGRADO E INVESTIGACIÓN
“Análisis de Ciclo de Vida de Mezclas Asfálticas Tibias Modificadas con RAP”
Ing. Luis Fernando Sánchez Navarro
Como parte de los requisitos para obtener el grado de
MAESTRO EN SISTEMAS AMBIENTALES
Director de tesis: Dr. Sergio Valle Cervantes
Junio, 2018
Victoria de Durango, Durango, México
i
ii
iii Índice general
Índice general ... iii
Índice de figuras ... iv
Nomenclatura... v
Índice de tablas... vii
Agradecimientos ... viii
Resumen ... ix
Abstract ... x
Capítulo 1 Introducción ... 1
1.1 Justificación... 4
1.2 Objetivos ... 5
Objetivo general ... 5
Objetivos específicos ... 5
1.3 Alcances ... 5
Capítulo 2 Antecedentes ... 6
Capítulo 3 Marco teórico ... 9
Capítulo 4 Materiales y Métodos... 20
Capítulo 5 Resultados y discusiones ... 43
5.1 Mezclas asfálticas calientes ... 44
5.2 Comparación del Indicador de cambio climático de mezclas asfálticas calientes contra mezclas asfálticas tibias modificadas con los diferentes porcentajes de RAP ... 50
5.3 Comparación del Indicador de agotamiento de recursos fósiles de mezclas asfálticas calientes contra mezclas asfálticas tibias modificadas con los diferentes porcentajes de RAP ... 57
5.4 Comparación del Indicador de acidificación de mezclas asfálticas calientes contra mezclas asfálticas tibias modificadas con los diferentes porcentajes de RAP ... 64
5.5 Indicadores de punto final ... 71
5.6 Normalización de los resultados ... 74
5.7 Ponderación o puntuación única de los resultados ... 76
Capítulo 6 Conclusiones y recomendaciones ... 77
Bibliografía ... 80
iv Índice de figuras
Figura 3.1 Fases de un ACV, de acuerdo con la norma ISO 14040(ISO, 2006) ... 10
Figura 4.1 Etapas utilizadas por diferentes autores ... 20
Figura 4.2 Indicadores utilizados por los diferentes autores ... 21
Figura 4.3 Diseño de carretera con Mezcla Asfáltica Caliente (MAC) ... 23
Figura 4.4 Diseño con Mezcla Asfáltica SemiCaliente (MASC) y 10% de RAP ... 39
Figura 4.5 Diseño con Mezcla Asfáltica SemiCaliente (MASC) y 20% de RAP ... 39
Figura 4.6 Diseño con Mezcla Asfáltica SemiCaliente (MASC) y 30% de RAP ... 39
Figura 4.7 Diseño con Mezcla Asfáltica SemiCaliente (MASC) y 40% de RAP ... 40
Figura 4.8 Diseño con Mezcla Asfáltica SemiCaliente (MASC) y 50% de RAP ... 40
Figura 4.9 Cálculo de reutilización de material virgen ... 42
Figura 5.1 Diagrama de procesos ... 43
Figura 5.2 Indicador de cambio climático ... 46
Figura 5.3 Indicador de agotamiento de recursos fósiles ... 47
Figura 5.4 Indicador de acidificación terrestre ... 48
Figura 5.5 Comparación con otros autores ... 49
Figura 5.6 Indicador de cambio climático (ICC) ... 50
Figura 5.7 Módulo de construcción (ICC) ... 51
Figura 5.8 Módulo de mantenimiento (ICC) ... 52
Figura 5.9 Módulo de producción y extracción de insumos (ICC) ... 54
Figura 5.10 Módulo de producción de mezclas asfálticas (ICC) ... 56
Figura 5.11 Indicador de agotamiento de recursos fósiles (IARF) ... 57
Figura 5.12 Módulo de construcción (IARF) ... 58
Figura 5.13 Módulo de mantenimiento (IARF) ... 59
Figura 5.14 Módulo de producción y extracción de insumos (IARF) ... 61
Figura 5.15 Módulo de producción de mezclas asfálticas (IARF) ... 63
Figura 5.16 Indicador de acidificación terrestre (IAT) ... 64
Figura 5.17 Módulo de construcción (IAT) ... 65
Figura 5.18 Módulo de mantenimiento (IAT) ... 66
Figura 5.19 Módulo de producción y extracción de insumos (IAT) ... 68
Figura 5.20 Módulo de producción de mezclas asfálticas (IAT) ... 70
Figura 5.21 Daño a la salud humana ... 71
Figura 5.22 Daño a los ecosistemas ... 72
Figura 5.23 Recursos ... 73
Figura 5.24 Normalización del indicador de cambio climático... 74
Figura 5.25 Normalización del indicador de agotamiento de recursos fósiles ... 75
Figura 5.26 Normalización del indicador de acidificación ... 75
Figura 5.27 Puntuación única de los resultados ... 76
v Nomenclatura
Abreviatura Nombre Ggr
Kg
°C
GEI ACV
ICV ISO RAP SETAC WMA UANL UPIDET NAPA EPA MRI ASSHTO
ICC IAT IARF MASC MAC IA
Gigagramos Kilogramo
Grados centígrados
Gases de Efecto Invernadero Análisis de Ciclo de Vida Inventario del Ciclo de Vida
Organización Internacional de Normalización Pavimento Reciclado
Sociedad de Toxicología Ambiental Y Química Mezclas Asfálticas Tibias
Universidad Autónoma de Nuevo León
Unidad de Posgrado Investigación y Desarrollo Tecnológico Asociación Nacional de Pavimento Asfaltado
Agencia de Protección Ambiental
Instituto de Investigación del Medio Oeste
Asociación Americana de Funcionarios Estatales de Carreteras y Transporte
Indicador de cambio climático Indicador de acidificación terrestre
Indicador de agotamiento de recursos fósiles Mezclas asfálticas semi calientes (tibias) Mezclas asfálticas calientes
Indicador ambiental
vi Abreviatura Nombre
rc
k Dviaje
NTE EFCi,j,k
FCi,j
EFPi,j
MVb
MVa
MVg
P FXb
FXg
FXa
Re
Feb
Feg
Fea
Rendimiento del camion Ida (1) / Vuelta (2) Distancia del viaje (km) Número total de emisiones
Factor de emisión del consumo de combustible Factor de Caracterización
Factor de emisión por la producción de combustible Material virgen para bitumen
Material virgen para arena Material virgen para grava
Cantidad de material de la carpeta asfáltica
Fracción del pavimento que esta compuesta por bitumen Fraccción del pavimento que esta compuesta por grava Fracción del pavimento que esta compuesta por arena Tasa de reciclaje
Factor de eficiencia del bitumen Factor de eficiencia de la grava Factor de eficiencia de la arena
vii Índice de tablas
Tabla 4-1: Tabla de rendimiento de bull dozer ... 25
Tabla 4-2: Tabla de rendimiento de cargador frontal ... 25
Tabla 4-3: Tabla de rendimiento de vibro compactadores de tándem sencillo ... 26
Tabla 4-4: Tabla de rendimiento de vibro compactadores doble tándem ... 26
Tabla 4-5: Tabla de rendimiento de vibro compactadores de neumáticos ... 27
Tabla 4-6: Tabla de rendimiento de recuperadora de pavimento ... 27
Tabla 4-7: Tabla de rendimiento de pavimentadora... 28
Tabla 4-8: Tabla para cálculo de emisiones para los camiones ... 29
Tabla 4-9: Tabla para el cálculo de emisiones para los bull dozer ... 29
Tabla 4-10: Tabla para el cálculo de emisiones para los cargadores frontales ... 30
Tabla 4-11: Tabla para el cálculo de emisiones para los vibro compactadores ... 30
Tabla 4-12: Tabla para el cálculo de emisiones para la motoconformadora ... 31
Tabla 4-13: Tabla para el cálculo de emisiones para la pavimentadora ... 31
Tabla 4-14: Tabla para el cálculo de emisiones por la producción de combustible ... 32
Tabla 4-15: Tabla de insumos para la construcción de una carretera ... 34
Tabla 4-16: Factores de emisión para plantas de mezclas asfálticas calientes ... 35
Tabla 4-17: Factores de emisión de contaminantes orgánicos en producción de mezclas ... 36
Tabla 4-18: Insumos para la producción de mezclas asfálticas tibias con RAP ... 41
viii Agradecimientos
Agradezco mucho a mi comité tutorial al Maestro Rafael Lucho Chigo, al Dr. Luis Armando de la Peña, a el Ing. Cristian de la empresa TRIASO, a el Dr. Pasiano Rivas Garcia, pero sobre todo gracias al Dr. Sergio Valle Cervantes por su apoyo incondicional, la confianza que tuvo en mi para el desarrollo de este tema, por su sabiduría y sus conocimientos eternamente estaré agradecido con usted Dr. Valle.
Gracias a todos los profesores que me impartieron clases en el posgrado, por su atención y amabilidad en mi paso por la Unidad de Posgrados.
Gracias al UPIDET y la UANL por proporcionar todas sus instalaciones para el desarrollo de nuestros proyectos.
Gracias a el CONACYT por el apoyo económico brindado hacia mi persona para poder desarrollar y concluir mi maestría.
Gracias a todas esas personas que de una u otra manera, fueron claves en mi vida profesional y personal: a esa persona tan especial Xitlalitl Hernández a sus papas y hermanos que han formado parte de mi vida. Mis amigos Rodolfo Callejas, Luis Salcido, Antonio Morga, mis amigas incondicionales Mónica Jiménez y Evelyn Salazar. Mil gracias a todos los demás amigos que estuvieron conmigo.
Gracias a todos con los que he podido colaborar académicamente, a todos mis compañeros y amigos del posgrado, les deseo mucho éxito en sus vidas.
Pero sobre todo gracias a los míos, Francisca Navarro Muñoz mi hermosa madre que siempre has estado incondicionalmente al igual que mi padre Luis Fernando Sánchez Castro, y mis hermanas Alejandra Sánchez Navarro, Miriam Cristina Sánchez Navarro y Diana Luis Sánchez Navarro que me has llevado por el buen camino, este título es por ti y para ti hermana, padres y hermanas siempre han sido y siempre serán mi motor, por ustedes vivo gracias por todo, este logro es también gracias a ustedes, los amo familia.
ix Resumen
Hoy en día el tema del cambio climático es algo que nos interesa a todos, pues es una situación que nos afecta mundialmente, es por eso que se busca la aplicación de nuevas tecnologías para disminuir el impacto de cambio climático. Existen instituciones educativas encargadas de hacer estudios para la investigación de la efectividad de estas nuevas tecnologías. Es por eso que para el siguiente proyecto se realizó un ACV de mezclas asfálticas tibias modificadas, para determinar el impacto ambiental que tiene este tipo de mezclas, ya que en México existe el propósito de introducir este tipo de mezclas. El análisis determinó si el uso de pavimento reciclado y la disminución de la temperatura en la producción de las mezclas reducen el gasto de energía y las emisiones de gases de efecto invernadero. Al reducir las temperaturas de producción permite que la oxidación del asfalto sea menor que la de un asfalto convencional, por lo que el pavimento no es tan rígido y su vida útil es mayor. El uso de materiales reciclados coadyuva a la disminución de la sobreexplotación de los recursos naturales.
El proyecto se realizó para la empresa TRIASO S.A. de C.V., que tiene como meta fabricar equipos para producir estas mezclas asfálticas, pero antes desea realizar un análisis comparativo del impacto ambiental generado por dichos asfaltos. La empresa tiene como propósito introducir su maquinaria en mercados internacionales y producir equipos para mezclas asfálticas tibias en México. Se usó el software
“SIMAPRO”, el cual es un programa especializado para desarrollar un ACV. Para lograrlo se realizó un estudio in situ sobre el proceso de producción de un asfalto tradicional y un asfalto modificado para obtener los datos pertinentes para la realización del ACV. Los resultados obtenidos nos permitieron concluir cuál de los asfaltos genera menor impacto ambiental en su ciclo de producción, su vida útil, el mantenimiento y en la disposición final.
x Abstract
Today the issue of climate change is something that interests us all, because it is a situation that informs us worldwide, it is about seeking the application of new technologies to reduce the impact of climate change. There are educational institutions responsible for conducting studies to investigate the results of these new technologies. That is why for the next project an ACV of modified warm asphalt mixtures is executed to determine the environmental impact of this type of mixtures, and that in Mexico there is the purpose of this type of mixtures. The analysis determined the use of the recycled pavement and the reduction of the temperature in the production of the mixtures reduces the expenditure of energy and the emissions of greenhouse gases. The reduction of the conditions of production allows that the oxidation of the sea asphalt is smaller than the conventional asphalt, which is not so rigid and its useful life is greater. The use of recycled materials contributes to the reduction of overexploitation of natural resources. The project was carried out for TRIASO S.A. de C.V., which aims to manufacture equipment to produce these asphalt mixtures, but before desirable to perform a comparative analysis of the environmental impact generated by these asphalts. The company's purpose is the use of machinery in international markets and the production of mixtures for warm mixes in Mexico. The software "SIMAPRO" was used, which is a specialized program to develop an ACV. To achieve on-site work on the production process of a traditional asphalt and a modified asphalt to obtain the pertinent data for the realization of the ACV. The results have not allowed us to conclude the asphalts of the genera lower environmental impact in its production cycle, its useful life, maintenance and final disposal.
1 Capítulo 1 Introducción
En la actualidad el cuidado del medio ambiente es una necesidad que tenemos todos los seres humanos, ya que, si no hacemos lo necesario por cuidarlo y mantenerlo, seguiremos observando cambios drásticos en el clima. Como lo hemos visto en los últimos años, ha habido grandes incrementos en el número de huracanes, sismos, sequías, lluvias torrenciales en zonas desérticas, reducción de glaciares, entre otros no menos importantes. Este cambio climático repercute de manera muy importante tanto en la economía como en la salud de las personas.
El sistema carretero en México crece debido a un mayor flujo vehicular lo que provoca un mayor desgaste del asfalto y un incremento en su mantenimiento. Esto se refleja en el incremento de uso de materia prima, aumento en el gasto de energía y un mayor impacto ambiental. Debido a esta situación, el uso de materiales reciclados se ha incrementado en la construcción de pavimentos, tal es el caso del asfalto de pavimento recuperado (RAP). El uso de los materiales reciclados en los pavimentos asfálticos ayuda a reducir el impacto del medio ambiente, ya que implica menor gasto de energía en transporte y en maquinaria para extracción de materiales.
En los pavimentos asfálticos existen diferentes tipos de mezclas, tales como mezclas calientes, tibias o en frío. En la actualidad han aparecido las mezclas asfálticas modificadas que pretenden usar materiales reciclados para ayudar a la reducción de impacto ambiental. La producción de un asfalto convencional es excesivamente contaminante cuando su proceso no se realiza de manera eficiente. Pero no solo es en la producción del asfalto, en etapas como la extracción de los materiales, en el transporte, su aplicación en el suelo y su disposición final también genera contaminación. Todas estas etapas que conlleva la construcción de un pavimento asfáltico tienen emisiones de gases contaminantes hacia la atmósfera que impacta en el medio ambiente.
2 Una de las nuevas tecnologías desarrolladas en los últimos años para la construcción de pavimentos, es el uso de materiales reciclados como el RAP en estas mezclas. La finalidad que tiene esta tecnología es la disminución del uso de recursos naturales e implementar la reutilización del asfalto. Estos asfaltos modificados ayudan al igual que una mezcla asfáltica tibia en la reducción del impacto ambiental y emisiones de gases contaminantes. En la actualidad ya se han hecho trabajos sobre la tecnología de mezclas asfálticas tibias (WMA por sus siglas en inglés) modificadas con RAP, es decir que realmente en la construcción se le está dando una gran importancia al medio ambiente.
Estas nuevas tecnologías se pretenden introducir a México pues tienen muchas ventajas. Necesitan una menor temperatura para la etapa de mezclado y compactación, además se pueden obtener mezclas con bajos porcentajes de espacios vacíos y se puede tener un mayor horario de trabajo. Otra ventaja muy importante es la reducción de la oxidación del asfalto, lo cual permite que los pavimentos no sean tan rígidos y su vida útil sea mayor. Estos asfaltos al requerir de menor temperatura para el proceso de mezclado y compactación se genera menos contaminación. Son emitidos menos gases que dañan a la atmósfera siendo el más importante el dióxido de carbono ya que es el principal causante del calentamiento global. Las mezclas asfálticas tibias requieren de menos energía por parte de la maquinaria usada para su aplicación en carreteras, esto nos lleva a un menor consumo de combustible ya sea diesel o gasolina, que a su vez genera un menor impacto en el ambiente.
La empresa TRIASO S.A. de C.V. es una empresa mexicana interesada en el medio ambiente, la cual tiene como objetivo el fabricar equipos para producir mezclas asfálticas modificadas. Al ser una empresa interesada en entrar en mercados internacionales como EUA y Canadá en donde los límites de emisiones son menores comparados con otros países. Su objetivo es hacer una comparación de asfaltos convencionales contra mezclas asfálticas tibias modificadas con RAP para tener una
3 conclusión de cuál de los dos tipos tiene un mayor impacto significativo en el medio ambiente.
Este trabajo es un ACV específico para el sitio y se basa en los procesos realizados por los equipos de la empresa TRIASO S.A. DE C.V., una empresa dedicada a la fabricación de equipos para la producción de asfalto. TRIASO pretende conocer si el uso de WMA combinado con RAP reduce los impactos ambientales, para fabricar equipos para la producción de este tipo de mezclas asfálticas. Por lo tanto, este estudio tiene como objetivo averiguar en qué medida la combinación de WMA y RAP contribuye a la reducción de los impactos ambientales y la conservación de los recursos naturales. Las opciones innovadoras analizadas se comparan con las capas de asfalto vírgenes o también llamadas HMA del mismo tamaño y función. Para lograr estos objetivos, este estudio analizó todos los procesos necesarios para construir y mantener un pavimento de carretera asfáltica típico en México. Dentro de los procesos se consideran etapas como la producción y extracción de materia prima, la producción de mezclas asfálticas, el mantenimiento del pavimento, la construcción y el reciclaje.
Para alcanzar el objetivo que tiene la empresa se desarrollará ACV para un asfalto modificado con RAP. Para poder llevar a cabo este trabajo se realizara un estudio bibliográfico y en situ para conocer el ciclo de producción de un asfalto normal y uno modificado. El siguiente paso es obtener todos los datos pertinentes para el proceso de producción para realizar el análisis, ya que se tengan los datos necesarios se introducirán en el software SIMAPRO para desarrollar el ACV. Una vez obtenidos los resultados se interpretarán los datos, y se concluirá cual es el impacto ambiental que tienen las mezclas asfálticas tibias modificadas. Concluida la interpretación de datos, se establecerán algunas recomendaciones para que la empresa pueda disminuir su huella de carbono y ayude a la reducción del impacto ambiental que tienen las plantas de asfalto en nuestro medio ambiente.
4 Los alcances de este proyecto al realizar el análisis de ciclo de vida permitirán comprobar que el uso de mezclas asfálticas tibias tiende a disminuir las emisiones de dióxido de carbono y la reducción de gases contaminantes a la atmósfera. Para la empresa TRIASO este proyecto le permitirá entrar a mercados internacionales como EUA y Canadá, en donde sus límites de emisiones a la atmósfera son menores que en cualquier otra parte del mundo. También la empresa pretende introducirla en México.
La limitación que se pudiera presentar en este proyecto es que no exista la información real necesaria para el mercado mexicano ya que en México apenas se pretende introducir estas nuevas tecnologías. La calidad de los resultados estará basada en la calidad y fiabilidad de los datos proporcionados por la empresa.
1.1 Justificación
Debido a que las carreteras son un medio de comunicación necesario en nuestro país, ya que por ellas se mueve la mayor parte de la economía de México, es necesario encontrar soluciones para que su construcción no dañe el medio ambiente.
Es por eso que la importancia de conocer que tan amigables ambientalmente hablando son las nuevas tecnologías en lo que a los asfaltos se refiere, es necesaria para saber que las nuevas implementaciones van a traer beneficios y que no por lo contrario afectarán más al medio ambiente que las tecnologías convencionales. Es por eso que este proyecto se centra en realizar un ACV tanto a los métodos de construcción de carreteras que se han usado por años como a los nuevos métodos y resolver si estos últimos contribuyen a la disminución de impactos ambientales.
5 1.2 Objetivos
Objetivo general
Evaluar el potencial de mitigación de impacto ambiental de la producción de mezclas asfálticas tibias utilizando asfalto reciclado con la metodología del análisis de ciclo de vida.
Objetivos específicos
1.- Construir el inventario de ciclo de vida para los escenarios a evaluar.
2.- Evaluar el inventario del sistema actual de producción del asfalto.
3.- Evaluar distintos escenarios de uso de RAP y MASC para determinar el potencial de reducción de impacto ambiental en la producción de asfaltos modificados con distintas cantidades de RAP.
1.3 Alcances
El análisis del ciclo de vida de mezclas asfálticas tibias modificadas permitirá enriquecer los estudios que se tienen sobre este tema. En México, donde se tiene muy poco conocimiento de estas mezclas y su uso incluso es escaso, ayudará para introducir estas tecnologías con el fin de reducir el impacto ambiental que tiene la industria de la construcción.
Una vez determinado el impacto ambiental que tienen las mezclas tibias modificadas, la empresa TRIASO, la cual es la interesada en fabricar maquinaria para la producción de estos asfaltos, podrá tomar las medidas necesarias para introducir las mezclas tibias modificadas en México. Además, es recomendable el uso de este tipo de mezclas, pues de acuerdo con la literatura tienen un menor gasto de energía.
El presente proyecto de investigación representa el punto de partida para investigaciones futuras como el encontrar las condiciones óptimas de producción, las proporciones correctas para un mejor desempeño del pavimento. Lo más importante definir si las mezclas asfálticas tibias modificadas cumplen con las normas actuales para la construcción de carreteras.
6 Capítulo 2 Antecedentes
El desarrollo del ACV se originó de manera casi simultánea en Estados Unidos y Europa. Si bien el primer ACV fue realizado en 1969 por el Midwest Research Institute (MRI) para la Coca-Cola.Los estudios continuaron durante los años setenta, y grupos como Franklin Associates Ltd., junto con la MRI realizaron más de 60 análisis usando métodos de balance de entradas y salidas e incorporando cálculos de energía.
Entre 1970 y 1974, la EPA realizó nueve estudios de envases para bebidas. Los resultados obtenidos sugirieron no utilizar el ACV en cualquier estudio, especialmente para empresas pequeñas, ya que involucra costos altos, consume mucho tiempo e involucra micro-manejo en empresas privadas. En Europa, estudios similares se realizaron en la década de los sesenta. En Gran Bretaña, Lan Boustead realizó un análisis de la energía consumida en la fabricación de envases (de vidrio, plástico, acero y aluminio) de bebidas. Pero fue a partir de los años ochenta cuando la aplicación del ACV se incrementó(Romero, 2003).
El concepto de mezcla tibia surgió en Europa, específicamente en Alemania tras la necesidad de reducir la exposición de los trabajadores a los gases emitidos por la producción de asfalto. La necesidad de obtener una mezcla bituminosa que ofreciera menor gasto de energía, que tuviera el mismo desempeño de las mezclas bituminosas en caliente, fue lo que llevo al desarrollo de esta tecnología. Una producción a temperaturas menores era lo que se buscaba, ya que en Alemania las temperaturas de producción eran mayores que las utilizadas en EUA. El desarrollo de esta tecnología con enfoque en la reducción de temperatura de mezcla y compactación empezó en 1997, para cumplir con el Protocolo de Kyoto.
Los primeros pavimentos WMA se construyeron en Europa. En 1997, los primeros pavimentos con mezclas asfálticas tibias fueron construidos. En 2002, un viaje de estudio de NAPA introdujo la tecnología WMA en los Estados Unidos. En 2008, el
7 WMA TWG desarrolló una especificación de guía Warm-Mix Asphalt para la construcción de carreteras en formato AASHTO(NAPA, 2012).
Varios investigadores han estudiado los efectos en el medio ambiente para la construcción, el mantenimiento y la aplicación de nuevas técnicas para un análisis de ciclo de vida. Estos estudios aplican la evaluación del ciclo de vida. La evaluación del ciclo de vida está siendo aceptada y aplicada por la industria de la carretera, para medir y comparar los impactos ambientales de los productos asfálticos y los procesos de colocación (Giani et al., 2015).
En 2001, el Instituto Sueco de Investigación Ambiental publicó un informe en el que se realizó un análisis exhaustivo del inventario basado en un ciclo de vida de 40 años de una carretera. La energía consumida durante la fase de construcción es aproximadamente el 35% del consumo total de energía. El consumo de iluminación y control de tráfico es más de la mitad del consumo total durante la fase de operación.
En la fase de mantenimiento, el consumo de energía es inferior al 13% del total.(Stripple, 2001).
Park et al., (2003)Informaron que el proceso más intensivo en energía que ocurre en un ciclo de vida vial es la manufactura de materiales de construcción. Los autores afirmaron que la construcción y la demolición consumen más energía que el mantenimiento y la reparación.
De acuerdo con Santero et al., (2011)varios estudios de ACV en carreteras se han centrado en la comparación del asfalto y el concreto. Se ha establecido que los impactos de las carreteras van más allá de la extracción y producción de materiales.
Los resultados que presenta Anastasiou et al., (2015) indican que los pavimentos de asfalto implican un menor uso de energía. El consumo de energía aumenta al utilizar pavimento de concreto en lugar de asfalto y emisiones más bajas que los pavimentos de concreto. Un estudio reciente sobre ACV de construcción de pavimentos de concreto considera el uso de subproductos industriales como cenizas y residuos de acero como agregados alternativos. En este estudio se muestra que una alta tasa de
8 sustitución de cemento puede contribuir significativamente a reducir los impactos ambientales.
El reciclar el asfalto y producir el nuevo asfalto modificado en el lugar reduce las emisiones de GEI, mientras que el reciclar y después llevar el material hasta la planta es más contaminante (Miluetenko et al., 2013)
En el informe que presentaron Cross et al., (2011) se encontró que el reciclaje frío en el lugar reduce la energía y las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con otras técnicas de rehabilitación. Además, algunos estudios se centran únicamente en el consumo de energía mientras que no consideran otras categorías de impacto.
Algunos estudios han demostrado que los impactos que ocurren en otras fases del ciclo de vida serían insignificantes, debido a los impactos mucho más altos del tráfico dentro de todo el ciclo de vida. Se estimó que la energía gastada en la construcción inicial es más o menos equivalente a la energía utilizada por el tráfico que transita esa carretera durante 1 o 2 años(Stripple, 2001).
Resulta difícil compilar los diferentes estudios sobre ACV de pavimentos, ya que ninguno incluye todas las fases del ciclo de vida y se utilizan diferentes unidades funcionales. Además, el comportamiento ambiental de los pavimentos asfálticos depende mucho de las distancias de transporte, por lo que las comparaciones que se pueden hacer son muy específicas del sitio.
Actualmente el uso del estudio de RAP y tecnología WMA se combina para evaluar cuáles pueden ser las ventajas en términos de impactos en el medio ambiente.
Según el informe anual de asfalto, la producción total de WMA en Italia en 2013 alcanza 22.3 millones de toneladas, mientras que el asfalto recuperado disponible consta de 10 millones de toneladas, el 20% de las cuales se utilizan en el reciclaje caliente y tibio. La comparación de pavimentos de asfalto considerando diferentes porcentajes de RAP, diferentes temperaturas de producción y su uso es un estudio relativamente nuevo entre la literatura de ACV de pavimento (Giani et al., 2015).
9 Capítulo 3 Marco teórico
El ACV es una herramienta de gestión medioambiental cuya finalidad es analizar de forma objetiva, metódica, sistemática y científica, el impacto ambiental originado por un proceso/producto durante su ciclo de vida completo. En el análisis se tienen en cuenta las etapas de extracción y procesado de las materias primas, producción, transporte, distribución, uso, reutilización, mantenimiento, reciclado y disposición final.
La SETAC es la principal organización que ha desarrollado y liderado las discusiones científicas acerca del ACV. En 1993, formuló el primer código internacional: Código de prácticas para el ACV (Code of Practice for Life Cicle Assessment), con el fin de homogeneizar los diversos estudios realizados para que siguieran una misma metodología.Posteriormente, la ISO apoyó este desarrollo para establecer una estructura de trabajo, uniformizar métodos, procedimientos, y terminologías(Romero, 2003).
La ISO 14040:2006 define el ACV como la recopilación y evaluación de las entradas, las salidas y los impactos ambientales potenciales de un sistema del producto a través de su ciclo de vida. El ACV trata los aspectos ambientales e impactos ambientales potencialesa lo largo de todo el ciclo de vida de un producto. El análisis va desde la adquisición de la materia prima, pasando por la producción, uso, tratamiento final, reciclado, hasta su disposición final (es decir, de la cuna a la tumba).
El ACV puede ayudar a:
La identificación de oportunidades para mejorar el desempeño ambiental de productos en las distintas etapas de su ciclo de vida.
La aportación de información a quienes toman decisiones en la industria, organizaciones gubernamentales o no gubernamentales (por ejemplo, para la
10 planificación estratégica, el establecimiento de prioridades, el diseño y rediseño de productos o procesos).
La selección de los indicadores de desempeño ambiental pertinentes, incluyendo técnicas de medición.
Hay cuatro fases en la metodología del estudio de ACV (Fig.1.1):
I. La fase de definición del objetivo y el alcance, II. La fase de análisis del inventario,
III. La fase de evaluación del impacto ambiental y IV. La fase de interpretación.
Figura 3.1 Fases de un ACV, de acuerdo con la norma ISO 14040(ISO, 2006)
El alcance de un ACV, incluyendo los límites del sistema y el nivel de detalle, depende del tema y del uso previsto del estudio. La profundidad y amplitud del ACV puede diferir considerablemente dependiendo del objetivo de un ACV en particular.Hay casos en los cuales el objetivo de un ACV se puede satisfacer desarrollando únicamente un análisis de inventario y una interpretación.Generalmente la información desarrollada en un estudio de ACV o ICV
11 se puede utilizar como parte de un proceso de decisión mucho más amplio. La comparación de los resultados de estudios de ACV o ICV diferentes, es posible sólo si las suposiciones y el contexto de cada estudio son equivalentes.Generalmente el ACV no considera los asuntos económicos o sociales de un producto, pero el enfoque del ciclo de vida y las metodologías descritas en esta Norma Internacional se pueden aplicar a estos otros aspectos (ISO, 2006).
Un requisito claro de la norma ISO14044 para la etapa de la evaluación del impacto ambiental, y uno que aparece repetidamente en los informes publicados, es que los factores de caracterización se basen en mecanismos ambientales que vinculan las intervenciones (hechas por el hombre) con un conjunto de áreas de protección. El final del mecanismo ambiental se llama el punto final en el cual existen 3 categorías (Daño a la salud humana, daño a los ecosistemas y recursos naturales). Un punto posicionado a medio camino a lo largo del mecanismo ambiental se puede elegir como un indicador, a menudo denominado punto medio en el cual existen 18 categorías en el método ReCiPe las cuales se presentan a continuación:
Cambio climático: El cambio climático provoca una serie de mecanismos ambientales que afectan tanto al punto final como a la salud humana ysalud del ecosistema. Los modelos de cambio climático se desarrollan en general para evaluar el impacto ambiental futuro de diferentes escenarios de políticas (ReCiPe, 2008).
Agotamiento de la capa de ozono: El llamado "agujero de ozono" se detectó en la Antártida en 1985 (Farman et al., 1985). El ozono se forma y destruye continuamente por la acción de la luz solar y las reacciones químicas en la estratosfera. El agotamiento del ozono se produce si la tasa de destrucción del ozono aumenta debido a las pérdidas fugitivas de sustancias antropogénicas que persisten en la atmósfera. El ozono estratosférico, que es el 90% del ozono total en la atmósfera, es vital para la vida porque dificulta la radiación ultravioleta solar dañina UV-B. Si no se absorbe, la radiación UV-B por debajo
12 de 300 nanómetros alcanzará la troposfera y la superficie de la tierra donde puede aumentar el riesgo para la salud humana de cáncer de piel y cataratas si el cuerpo y los ojos no están protegidos adecuadamente por la ropa u otras precauciones. También puede causar el envejecimiento prematuro y la supresión del sistema inmunológico y puede dañar la vida vegetal terrestre y los ecosistemas acuáticos (Fahey, 2002).
Acidificación terrestre: La deposición atmosférica de sustancias inorgánicas, tales como sulfatos, nitratos y fosfatos, causa un cambio en la acidez en el suelo. Para casi todas las especies de plantas hay un óptimo de acidez claramente definido. Una desviación grave de este óptimo es perjudicial para ese tipo específico de especie y se conoce como acidificación. Como resultado, los cambios en los niveles de acidez causarán cambios en la ocurrencia de especies (Goedkoop y Spriensma, 1999, Hayashi et al. 2004).
Las principales emisiones acidificantes son NOx, NH3 y SO2 (Udo de Haes et al., 2002; Hayashi et al., 2004).
Eutrofización de agua dulce y marina: La eutrofización acuática se puede definir como el enriquecimiento de nutrientes del medio ambiente acuático. La eutrofización en las aguas interiores como resultado de las actividades humanas son uno de los principales factores que determinan su calidad ecológica. El carácter de largo alcance del enriquecimiento de nutrientes, ya sea a través del aire o de los ríos, implica que tanto las aguas interiores como las marinas están sujetas a esta forma de contaminación del agua, aunque debido a diferentes fuentes y sustancias y con diferentes impactos.
La caracterización de la eutrofización acuática en la Evaluación del Impacto del Ciclo de Vida (EICL) generalmente solo toma en cuenta aquellos nutrientes que limitan el rendimiento de la biomasa acuática, que es simplemente fitoplancton (algas). "Limitar" implica que solo un nutriente controla el crecimiento de estos productores primarios y que hay un exceso de los otros nutrientes. El crecimiento de las algas está gobernado por muchos factores,
13 sin embargo, si se trata de sustancias, la disponibilidad de los llamados macronutrientes fósforo y nitrógeno está dominando. Otros requisitos para el crecimiento, como el dióxido de carbono, bicarbonatos y sulfatos, rara vez son limitantes. Hidrógeno, oxígeno y nutrientes como el calcio, potasio, sodio, magnesio y cloruro son generalmente abundantes. El nitrógeno natural y el ciclo del fósforo es la fuente predominante de P y N, por lo tanto, el crecimiento del fitoplancton depende de la disponibilidad de P y N. (ReCiPe, 2008).
Toxicidad Humana, ecotoxicidad terrestre, ecotoxicidad de agua dulce y ecotoxicidad Humana: El factor de caracterización de la toxicidad humana y la eco toxicidad explican la persistencia ambiental (destino) y la acumulación en la cadena alimentaria humana (exposición), y la toxicidad (efecto) de un producto químico (Hertwich et al., 1998; Huijbregts et al.,2000).
Radiación ionizante: Este indicador describe el daño a la salud humana relacionado con las liberaciones de rutina de material radioactivo al ambiente.
Los factores de punto medio se eligen en el nivel de exposición; la unidad es Sievert por Becquerel. En este nivel se puede determinar la contribución relativa de cada sustancia; el análisis de efectos y daños se basa en el nivel de exposición de Sievert (ReCiPe, 2008).
Ocupación de suelos agrícolas. Ocupación de suelos urbanos y transformación de tierras naturales: La categoría de impacto del uso de la tierra refleja el daño a los ecosistemas debido a los efectos de la ocupación y transformación de la tierra. Si bien hay muchos vínculos entre la forma en que se usa la tierra y la pérdida de biodiversidad, nos concentramos en los siguientes mecanismos:
1. Ocupación de cierta área de tierra durante un cierto tiempo.
2. Transformación de un área determinada de tierra.
14 Ambos mecanismos pueden combinarse, a menudo la ocupación sigue una transformación, pero a menudo la ocupación se produce en una área que ya se ha convertido (transformado) (ReCiPe, 2008).
Agotamiento del agua: El agua es un recurso escaso en muchas partes del mundo, pero también es un recurso muy abundante en otras partes del mundo. A diferencia de otros recursos, no existe un mercado global que asegure una distribución global. El mercado no funciona realmente en grandes distancias ya que los costos de transporte son demasiado altos. La extracción de agua en un área seca puede causar daños muy significativos a los ecosistemas y la salud humana, pero hasta ahora no hay modelos disponibles para expresar el daño en el nivel de punto final (ReCiPe, 2008).
Agotamiento de recursos minerales: Un mineral se encuentra en la naturaleza extraído de un depósito (que se extrae en una mina) y la mayoría de los depósitos contienen variosminerales (Verhoef et al. 2004). Con el tiempo, los minerales o metales son la producción económica de una operación minera y, por lo tanto, también se denominan productos básicos. Se puede encontrar un mineral en diferentes depósitos y varias minas pueden producir el mismo tipo de depósito (ReCiPe, 2008).La sobreexplotación de estos minerales nos lleva al agotamiento de estos recursos.
Agotamiento de recursos fósiles: El término combustible fósil se refiere a un grupo de recursos que contienen hidrocarburos. El grupo abarca desde los materiales volátiles (como el metano) hasta la gasolina líquida y los materiales no volátiles (como el carbón).
El origen de los combustibles fósiles líquidos y gaseosos se encuentra en el periodo Jurásico (hace 150 millones de años), el Cretácico (hace 90 millones de años) y el Pérmico (hace 230 millones de años). Durante estos períodos de tiempo, grandes cantidades de petróleo yel gas se formó en los océanos y en grandes lagos, cuando, durante un período de temperaturas extremadamente altas, grandes cantidades de plancton y otros organismos se hundieron hasta
15 el fondo. Cerca del 1% de los depósitos originales todavía se pueden encontrar en cantidades que pueden ser explotadas. El carbón se formó a partir de bosques y otras plantas terrestres que formaron turba durante un período de entre 300 y 50 millones de años atrás. El carbón se puede encontrar en muchos lugares diferentes, mientras que la formación de petróleo solo se produjo en las regiones más cálidas del mundo. La ubicación de estas regiones cálidas ha cambiado a medida que los continentes se desplazaron (lo que explica los hallazgos de petróleo en Alaska y Rusia). Es bien sabido dónde se encuentran estas regiones cálidas ahora, lo que significa que la humanidad tiene pocas dificultades para buscar regiones con petróleo y, de hecho, ha analizado todas estas posibles regiones productoras de petróleo con bastante detalle.
El petróleo y el gas simplemente saldrán del pozo hasta cierto punto. Después de que se alcanza ese punto todavía es posible extraer más, pero esto aumentará los costos de producción y el requerimiento de energía de producción. También es posible extraer otros recursos no convencionales, como las arenas de alquitrán, el uso de líquidos gaseosos, la conversión de gas en petróleo o carbón en petróleo, etc. El problema recae en que llega un punto en el que el tiempo del consumo y la explotación de estos recursos está dejando atrás el tiempo que tarda este recurso en regenerarse por lo que suscita un problema con el agotamiento de los recursos fósiles (ReCiPe, 2008).
Una serie de mecanismos ambientales tienen un alcance global, mientras que otros tienen un alcance regional. Esta diferencia significa que un mecanismo ambiental particular puede tener impactos muy importantes en una región, pero no en otra.
El principio general que subyace a la elección de categorías de impacto se basa en un compromiso entre varios principios diferentes.
Se supone que las categorías de impacto deben reflejar temas de relevancia ambiental directa. Esto implica, por ejemplo, que los desechos no son una categoría
16 de impacto, sino que los efectos del procesamiento de los desechos deben ser parte del método en términos de sus efectos sobre el cambio climático, la toxicidad, el uso de la tierra, etc.Las categorías de impacto a nivel de punto final deben corresponder a áreas de protección que forman la base de las decisiones en materia de políticas y desarrollo sostenible. Para el dominio ambiental, estas áreas de protección son la salud humana, la calidad del ecosistema, la disponibilidad de recursos y, en ocasiones, el entorno creado por el hombre. Esta última área está excluida de ReCiPe debido a una falta general de consenso y de enfoques.
Las categorías de punto final son las siguientes:
Daño a la salud humana: Las evaluaciones del ciclo de vida comúnmente evalúan el daño a la salud humana utilizando el concepto de "vida ajustada por discapacidad" años (DALY). Hofstetter, (1998) introdujo el concepto DALY en LCA, que se basó en el trabajo realizadopor Murray y López, (1996) para la Organización Mundial de la Salud. El DALY de una enfermedad se deriva de estadísticas de salud humana sobre años de vida tanto perdidos como discapacitados. Los valores por años de vida ajustados por discapacidad han sidoinformados para una amplia gama de enfermedades, incluidos varios tipos de cáncer, enfermedades transmitidas por vectores y enfermedades no transmisibles.enfermedades (Frischknecht et al. 2000; Goedkoop y Spriensma, 1999; Murray y Lopez, 1996).
Daño a los ecosistemas: Los ecosistemas son heterogéneos y muy complejos de monitorear. Varios tratados, decretos y no vinculantes. Los acuerdos (CNUMAD, PNUMA, Consejo de Europa) se han elaborado con una lista de los atributos que se consideran importante para la humanidad en general, como la biodiversidad, los valores estéticos y culturales, las funciones ecológicas y servicios, recursos ecológicos y funciones de información.
Un enfoque para describir la calidad del ecosistema es en términos de flujos de energía, materia e información. Cuando tales flujos se utilizan para caracterizar la calidad del ecosistema, se puede decir que una alta calidad del
17 ecosistema es la condición que permite que se produzcan flujos sin una perturbación notable por actividades antropogénicas. En contraste, una baja calidad del ecosistema es la condición en la cual estos flujos son interrumpidos por actividades antropogénicas (ReCiPe, 2008).
Recursos: El riesgo de que la humanidad se quede sin recursos para las generaciones futuras se cita a menudo como un tema importante. Algunos grupos consideran el agotamiento de recursos como el único problema que se debe monitorear.
El modelo ReCiPe se basa en la distribución geológica de recursos minerales y fósiles y evaluar cómo el uso de estos recursos causa cambios marginales en los esfuerzos para extraer recursos futuros.
En términos de minerales, el efecto de la extracción es que el grado promedio del mineral disminuye, mientras que, para los recursos fósiles, el efecto es que no solo los combustibles fósiles convencionales, sino también los combustibles menos convencionales, deben ser explotados, ya que los combustibles fósiles convencionales no pueden hacer frente con la creciente demanda.(ReCiPe, 2008).
Los mayores retos en materia ambiental que se tienen son los efectos que producen el cambio climático, así como la reducción de los factores que contribuyen, el mismo sector transporte tiene una fuerte contribución sobre los factores que inciden en la magnitud de estos cambios. Sus principales contribuciones son debidas a la quema de combustibles fósiles, a lo que se le suman actividades como cambios de uso de suelo, explotación de materiales, entre otras. El resultado de estas contribuciones es la emisión de dióxido de carbono CO2 junto con otros gases que afectan la calidad del aire, cuya acumulación produce un incremento en la retención de radiación solar cerca de la superficie terrestre. Esto causa aumentos en la temperatura y el calentamiento global. El sector transporte es reconocido como un importante emisor de GEI. La Secretaría de Comunicaciones y Transportes (SCT) participa directa e
18 indirectamente en las acciones de mitigación de GEI de nuestro país y, como muchas cosas en el planeta (López et al., 2013).
México es responsable del 1.4% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero. En 2013 se totalizo 9,205.75 Petajoules, con una aportación de parte de los hidrocarburos de 88%. La actividad industrial es la segunda mayor consumidora de energía. En México, las emisiones totales de gases de efecto invernadero en 2013 fueron de 665,304.92 Ggr de dióxido de carbono equivalente. 749.32 Ggr de dióxido de carbono equivalente fueron producidos por parte de la maquinaria de construcción en donde se encuentran las plantas de asfalto. El proceso de fabricación y combustión de maquinaria para la producción de asfaltos tuvo una cantidad de emisiones de 20,508.894 Kg de dióxido de carbono equivalente (INECC, 2015).
La energía utilizada en el proceso industrial de materiales vírgenes y en su transporte implica la quema de combustibles fósiles como la gasolina, el diésel y el carbón. La fabricación de productos a partir de materiales reciclados todavía requiere energía;
que es mucho menor que la extracción, procesamiento y transporte de materias primas vírgenes. El reciclaje de carpetas asfálticas en carreteras, incorporado a los nuevos trabajos de reparación o modernización de carreteras, reduce el carbono emitido y evita que los residuos vayan a rellenos y sitios de disposición final. Lo que permite volver a utilizar el asfalto y agregados, que ayudan a asegurarnos de que estamos haciendo un uso eficiente de los materiales y la preservación de los recursos naturales. Las ventajas del uso de pavimentos asfálticos reciclados, incluyen propiedades de alargar la vida útil con la ventaja de ser utilizado tanto en carreteras nuevas como en obras de reparación. El uso de RAP reduce el consumo de recursos naturales y energía, lo que ayuda a reducir el carbono incorporado en las carreteras. El análisis muestra que el carbono (CO2eq) generado durante la renovación de una carretera de cuarenta años de edad. Con las técnicas de rejuvenecimiento convencional, el dióxido de carbono equivale a alrededor de 1.25 kg de CO2 por tonelada de asfalto por año. Sin embargo, cuando una carretera de
19 cuarenta años de edad, es reutilizado mediante RAP, esta cifra puede ser reducida hasta a 0.7 kg deCO2 por tonelada de asfalto por año y evita emitir carbono a la atmósfera (López et al., 2013).
Otra tecnología que se está implementando son las mezclas asfálticas tibias o Warm Mix Asphalt. Estás mezclas constituyen un grupo de tecnologías, a las cuales se les reduce las temperaturas a la cuales son producidas, colocadas y compactadas sin afectar las propiedades reológicas del asfalto. La reducción de temperatura de mezclado y compactación puede variar desde los 100°C hasta los 140°C dependiendo de la tecnología empleada. Para poder llevar acabo la producción de mezclas asfálticas tibias se requiere agregar aditivos que en algunos casos son excesivamente costosos. Aunque el aditivo o la tecnología más usada por su bajo costo, es el asfalto espumado, que disminuye la viscosidad del asfalto a altas temperaturas debido a la presencia de una pequeña cantidad de agua en forma de vapor en el asfalto. Este asfalto se logra mediante la inyección de agua a presión por medio de unos inyectores produciendo una espuma uniforme en todo el asfalto, esta tecnología recibe el nombre de “Double Barrel Green” (NAPA, 2012).
Las ventajas de las mezclas asfálticas “Tibias” al reducir las temperaturas en la etapa de mezclado y compactación son muy amplias. Se pueden obtener mezclas con bajos porcentajes de vacíos y altas densificaciones. También podemos reducir la cantidad de energía utilizada y la reducción de la oxidación del asfalto, ya que la mayor velocidad de oxidación del mismo ocurre precisamente en la etapa de mezclado y compactación. La oxidación es fomentada por la alta temperatura y la pequeña capa de asfalto que cubre el agregado en contacto con el oxígeno del medio ambiente. Al tener que calentar menos el asfalto para elaborar la mezcla asfáltica se ahorra consumo de combustible reduciendo las emisiones de diversos gases de efecto invernadero. En los Estados Unidos la producción aproximada de dióxido de carbono en las plantas de mezclas asfálticas en caliente es de aproximadamente 2,500 toneladas por año, con el uso de las mezclas asfálticas tibias es posible reducir esta cantidad hasta 1700 toneladas (Rubio et al.,2012).
20 Capítulo 4 Materiales y Métodos
1.- Construir el inventario de ciclo de vida para los escenarios a evaluar
La metodología que se siguió en la investigación se describe en la norma ISO 14044, que es la recopilación y evaluación de insumos, productos e impactos ambientales potenciales de un sistema de producto a lo largo de su ciclo de vida. El ACV trata los aspectos ambientales y los posibles impactos ambientales a lo largo del ciclo de vida de un producto. El análisis va desde la adquisición de la materia prima, pasando por la producción, el uso, el tratamiento final, el reciclaje, hasta la disposición final (ISO, 2006).
1.- Definición del objetivo y alcance
Esta fase incluye la descripción del pavimento que se analizará y la identificación de los procesos que ocurren en las fases analizadas del ciclo de vida.
Para realizar la definición del objetivo y alcance, se realizó una revisión bibliográfica de 47 autores para conocer cuáles eran las etapas mayormente evaluadas por estos autores, como se muestra en la Figura 4.1.
Figura 4.1 Etapas utilizadas por diferentes autores
21 Se realizó la misma revisión bibliográfica para observar los diferentes indicadores ambientales que utilizaron para evaluar el daño hacia el medio ambiente, como se muestra en la Figura 4.2.
Figura 4.2 Indicadores utilizados por los diferentes autores
Una vez que se realizó la revisión bibliográfica, se procedió a la definición de nuestro objetivo, el cuál es nuestra unidad funcional. La unidad funcional (UF) es una medida de rendimiento del sistema de producto analizado y es una referencia con la que todas las entradas y salidas están relacionadas (Gianiet al, 2015).
Aquí definimos que es lo que evaluaremos, y nuestro diagrama de procesos en el cuál delimitamos el alcance de nuestro sistema.
22 2.- Evaluar el inventario del sistema actual de producción del asfalto
Para la realización y evaluación del inventario se tuvo que definir las medidas de las diferentes capas que comprende una carretera. El diseño de la carretera con pavimento asfáltico puede considerarse un diseño relativamente promedio, ya que el diseño es realizado por expertos, que consideran diferentes factores, tales como: el clima del lugar donde se construirá, el tipo y la cantidad de vehículos que recorre este camino. Debido a que la compañía TRIASO no pudo proporcionar los datos sobre el diseño de la carretera, se revisaron diferentes proyectos de diferentes carreteras con condiciones similares a las de la sección de prueba para obtener las medidas de las diferentes capas de la carretera. Para una carretera con mezclas asfáltica caliente convencional se tomó el siguiente diseño presentado en la Figura 4.3.
La región donde se realizará la construcción, se consideró como un tramo de prueba la cual está compuesta de 2 carriles. El ancho del pavimento es de 7.2 m y la profundidad total es de 0.7 m. La cantidad de material para las cuatro secciones diferentes del pavimento (capa de rodamiento, capa de base, capa de subbase, capa de subrasante) fue determinada considerando un tramo de carretera de 5 km de largo, considerando el ancho de los hombros de la carretera o más conocido en la construcción en México como pateo. En este estudio no se incluyen los drenajes y la señalización vial, estos aspectos también se excluyen en otros estudios de ACV en el pavimento informados en la literatura.
23 Figura 4.3 Diseño de carretera con Mezcla Asfáltica Caliente (MAC)
La etapa de evaluación de impacto traduce datos de inventario en impactos ambientales. Las categorías de impacto en estudio deben ser definidas.
Los datos del inventario deben definirse según el tipo de impacto ambiental al que contribuyen (clasificación) y las contribuciones relativas a cada tipo de impacto ambiental se calculan de acuerdo a los métodos de evaluación (caracterización).
El ciclo de vida de una carretera de asfalto implica impactos ambientales como acidificación, eutrofización, toxicidad humana, calentamiento global, agotamiento del ozono, entre otros, por esta razón los impactos ambientales se evalúan utilizando el método ReCiPe 2008. Este método permite evaluaciones de punto medio y punto final. Se pueden evaluar 18 categorías de impacto a nivel medio; estas categorías se transforman en tres categorías (punto final): daño a la salud humana, daño a la diversidad del ecosistema y daño a la disponibilidad de recursos. ReCiPe también permite la normalización, agrupación y ponderación de los impactos. Los indicadores de inventario de ciclo de vida seleccionados son, en la mayoría de los casos, la suma de sustancias seleccionadas emitidas a todos los compartimentos diferentes. (Giani et al., 2015).
24 Con la unidad funcional y el diagrama de procesos, se logró hacer un listado de los insumos requeridos para evaluar el sistema actual de producción de asfalto.
Los insumos fueron obtenidos de diversas fuentes tales como fichas técnicas de los diferentes tipos de maquinaria requerida para realizar la construcción de la carretera, de la propia empresa TRIASO la cual nos proporcionó todo lo necesario para producir el asfalto, de la Secretaría de Comunicaciones y Transportes de donde se obtuvo la cantidad de material requerido para la carretera y la experencia de personas en el campo de la construcción de carreteras.
Primeramente mediante la empresa TRIASO y la Secretaría de Comunicaciones y Transportes logramos obtener la cantidad de material que se requería para satisfacer la construcción de la carretera y de esta manera conocer cuanto material sería transportado, cuanto material se tenía que remover.
La etapa de la extracción y producción de los materiales para la construcción de carreteras contiene materiales como agregados, betún, grava, arena y emulsión bituminosa que consiste en aproximadamente el 60% de betún y 40% de agua. En este estudio de ACV, RAP reemplaza los agregados vírgenes y el betún cuando el asfalto se recicla en la etapa de producción de mezclas de asfalto.
Para calcular el consumo de combustible se utilizaron las tablas que se muestran a continuación para cada uno de los diferentes equipos utilizados en la construcción de una carretera. Primero teníamos que conocer el rendimiento de los equipos para saber cuántas horas iban a trabajar que se presentan en las Tabla 4.1 hasta la Tabla 4.7, después de obtener esta información se multiplicó por el consumo de combustible por hora, el cual fue obtenido por experiencia de personas dedicadas al rubro de la construcción.
25 Tabla 4-1: Tabla de rendimiento de bull dozer
Rendimiento (m³/hr)
Modelo
D11R D10T D9R D8R D7R D6T D6N
Distancia promedio
de empuje (m) A B C D E F G
0
4.572 3327.75 2180.25 1606.5 1071 749.7 535.5 382.5 30.48 2142 1300.5 956.25 650.25 535.5 382.5 290.7
60.96 1147.5 688.5 688.5 382.5 306 229.5 153
91.44 765 497.25 497.25 229.5 229.5 168.3 137.7
121.92 573.75 382.5 382.5 145.35
152.4 459 306 306 84.15
182.88 382.5 267.75 275.4 76.5
192.024 344.25 267.75 267.75 76.5
Tabla 4-2: Tabla de rendimiento de cargador frontal
Capacidad de cucharón (m³)
M³ 1 2 3 4 5 6
Tiempo de ciclo (min) Ciclos por
hora
0.35 171
0.4 150 150 300 450
0.45 133 133 266 399 532 665 798
0.5 120 120 240 360 480 600 720
0.55 109 109 218 327 436 545 655
0.6 100 100 200 300 400 500 600
0.65 92 92 185 277 369 462 554
0.7 86 343 429 514
0.75 80
0.8 75
