A Sustentabilidade do
Aço e das Estruturas
Metálicas
Helena Gervásio
São Paulo, 11 de Setembro 2008
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
Helena Gervásio
ÍNDICE
Parte A
 Introdução à Construção Sustentável
 A contribuição do aço e das estruturas metálicas para a
Construção Sustentável
 Ferramentas para a avaliação da sustentabilidade
Parte B
 Análise de Ciclo de Vida de uma moradia residencial
 Análise de Ciclo de Vida de uma ponte
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PRINCIPAIS FACTORES QUE AFECTAM A SUSTENTABILIDADE DO
SECTOR DA CONSTRUÇÃO
 A construção é o maior sector industrial na Europa (10-11% do PIB) e nos
Estados Unidos da América (12%); nos países em desenvolvimento
representa aproximadamente 2-3% do PIB
 O sector da construção providencia 7% do emprego mundial (28% do
emprego industrial)
 O sector da construção consome 50% de todos os recursos extraídos da
crosta terrestre
 Os edifícios e o sector da construção consomem 25-40% de toda a energia
utilizada (países da OCDE)
 O ambiente construído é a maior fonte de gases com efeito de estufa (GHG)
na Europa e contribui para ≈ 40% das emissões de GHG a nível mundial
 A construção e os resíduos resultantes da demolição contribuem para 30-
50% dos residuos totais produzidos nos países mais ricos
Fonte: UNEP Industry and Environment (2003)
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PRINCIPAIS FACTORES QUE AFECTAM A INDÚSTRIA DO AÇO
Emissões directas de CO2 no sector da indústria
(2004)
 A indústria do ferro e do aço contribuem
para
Outros
28%
Ferro e aço
27%
 27% de emissões directas de CO2
 ≈ 3-4% das emissões globais de gases
Químicos e
petro-químicos
16%
com efeito de estufa (IPCC)
 1.7 ton. de CO2 é emitida por cada tonelada
de aço produzido
Minerais não
metálicos
27%
Fonte: “Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2 Emissions “(IEA, 2007)
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Metais não
ferrosos
2%
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PRINCIPAIS FACTORES QUE AFECTAM A INDÚSTRIA DO AÇO
Utilização de energia final na indústria (2004)
Chemicals & petrochemicals
Iron and steel
16%
1%
1%
1%
2%
2%
Non-metallic minerals
30%
Paper, pulp and print
Food and tobacco
Non-ferrous metals
Machinery
4%
Textile and leather
4%
Mining and quarrying
Construction
5%
Wood
19%
6%
9%
Transport equipment
Non-specified
Fonte: “Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2 Emissions “(IEA, 2007)
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PRINCIPAIS FACTORES QUE AFECTAM A INDÚSTRIA DO AÇO
Uso de tecnologias desactualizadas e de recursos
com baixa qualidade
Variabilidade mundial da intensidade energética e das
emissões de CO2
Reciclagem, uso das melhores tecnologias e maior
eficiência energética
 Eficiência energética  Potencial para poupar energia primária
é de ≈ 2.3 – 2.9 EJ/ano
 Recuperação completa do aço utilizado  Aumenta o potencial
até 5 EJ/ano
 Reduções das emissões de CO2 – 220 – 360 Mt CO2/ano
Fonte: “Tracking Industrial Energy Efficiency and CO2
Emissions “(IEA, 2007)
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DESENVOLVIMENTO SUSTENTÁVEL
“O
Desenvolvimento
Sustentável
visa
satisfazer
as
necessidades da sociedade actual sem comprometer as
necessidades das gerações futuras”
In Bruntland report
CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
A Construção Sustentável resulta da aplicação dos princípios
do Desenvolvimento Sustentável ao ciclo global da construção,
desde a extracção das matérias primas, passando pelo
planeamento, projecto e construção de edifícios e
infraestruturas, até à sua demolição final e gestão dos resíduos
dela resultantes.
Chrisna du Plessis – Agenda 21 for Sustainable Construction in
Developing Countries
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CONSTRUÇÃO SUSTENTÁVEL
Construção
Sustentável
DIMENSÕES DA
SUSTENTABILIDADE
Sustentabilidade
Ecológica
Sustentabilidade
Económica
- Manutenção
- Análise de riscos
- Custos de ciclo de vida
Ecosistema
Saúde e
bem estar
-Toxicidade de
- Emissões
- Poluentes
materiais construtivos
- Utilização de terras - Poluentes
- Desperdícios
- Qualidade do ar no
interior de edifícios
Recursos
Naturais
-Optimização dos recursos,
energia, solos
- Reciclagem
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Sustentabilidade
Social
- Satisfação
- Emprego
- Qualidade do ar no
interior de edifícios
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A CONTRIBUIÇÃO DO AÇO E DAS ESTRUTURAS
METÁLICAS PARA A SUSTENTABILIDADE
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CICLO DE VIDA DO AÇO
Produção do aço
Fim-de-vida
Construção
Estruturas
metálicas
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
FORNO DE ARCO ELÉCTRICO
ALTO FORNO
Ex. Produção de 1 kg de aço (secções) (IISI)
Energia primária
total:
28.97 MJ
9.50 MJ
Emissões de CO2:
2.45 kg
0.44 kg
Produção mundial de aço (IISI, 2006)
Oxigénio – 65.5 %; Eléctrico – 32.0 %; Outros – 2.5%
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Contramedidas sustentáveis
Eficiência energética
 Infra-estruturas com eficiência energética elevada (ex. processos de combustão
mais eficientes, optimização do processo de reaquecimento dos fornos, etc)
 Reciclagem de produtos (ex. resíduos plásticos, pneus utilizados, etc)
NIPPON STEEL
CORUS
PJ/year
Integrated steelworks energy intensity
(GJ/tonne steel)
Fonte: Nippon Steel – “Sustainability Report 2007”
Fonte: Corus Corporate Responsability Report 2007/08
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Contramedidas sustentáveis
Redução das emissões de CO2
NIPPON STEEL
CORUS
CO2 Million tonnes/year
Direct and indirect CO2 emissions from integrated
steelmaking (kg)/tonne liquid steel
2012 reduction
target (<1.7 t/tls)
2020 reduction
target (<1.5 t/tls)
Fonte: Nippon Steel – “Sustainability Report 2007”
Fonte: Corus Corporate Responsability Report 2007/08
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Contramedidas sustentáveis
Conservação de energia
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Fonte: Nippon Steel – “Sustainability Report 2007”
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Contramedidas sustentáveis
Co-produtos
1 ton. de ferro gera 600 kg de co-produtos
(escória, poeiras, lamas)
 Reutilização de gases (ex. uso do gás proveniente do forno de coque ou alto forno como
combustível para fornos de aquecimento ou como fontes de energia)
 Utilização de co-produtos como matérias primas na indústria do aço ou em outras
indústrias (ex. produção de cimento)
Exemplo: NIPPON STEEL
By-products
Waste
(2%)
A utilização da escória proveniente do alto-forno como
substituto do clinker na produção de cimento pode
contribuir para uma redução de 140 – 185 Mt CO2 (fonte: IISI)
Incompany
use
(30%)
Cement
industries
and others
(68%)
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Fonte: Nippon
Steel – “Sustainability Report 2007”
By-product
gases
Fuel gas
(60%)
Power
plant
(40%)
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PROCESSO DE PRODUÇÃO DO AÇO
Contramedidas sustentáveis
Investigação e novas tecnologias
 Investição e desenvolvimento
Actualmente as mais eficientes indústrias europeias do aço estão já a operar nos
limites do que é tecnicamente possível de acordo com o estado de conhecimento actual
ex. Ultra-Low CO2 Steelmaking (ULCOS) project (http://www.ulcos.org/en/index.php)
Projecto europeu, envolvendo as maiores indústrias da EU do aço, com vista a
uma redução drástica nas emissões de CO2 provenientes da produção do aço (50%
de redução em comparação com os melhores processos actuais)
 Utilização
de aços com resistência elevada (HSS)
ex. HISTAR® steels (ARCELORMITTAL)
A utilização de aços HISTAR permite obter reduções de 32% de aço em colunas
e 19% de aço em vigas, permitindo reduzir as emissões de CO2
(Fonte: ArcelorMittal: Bold Future 2007 – Annual report)
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CONSTRUÇÃO
O processo da construção têm um impacto muito
significativo nos recursos ambientais. Os resíduos gerados
pela construção constituem uma enorme proporção no
volume de aterros. As emissões, poeiras e partículas
geradas durante o processo construtivo podem causar
problemas sérios para a saúde pública.
As estruturas metálicas são construídas
rapidamente, poupando dinheiro – o
tempo de construção pode ser reduzido
para metade do tempo necessário para a
construção tradicional
A pré-fabricação das estruturas contribui
para um ambiente de trabalho mais limpo
e com maior segurança
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CONSTRUÇÃO
A
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construção
de
estruturas
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metálicas
minimiza os níveis de poluição e de ruído no
estaleiro da obra
As componentes das estruturas metálicas
são entregues na obra na altura da sua
montagem,
minimizando
a
área
de
armazenamento no estaleiro e contribuindo
para um estaleiro mais eficiente
A pré-fabricação garante uma maior precisão
e maior qualidade do trabalho executado
Os resíduos gerados durante a construção
são reduzidos ao mínimo, e sendo, na sua
maior parte, recicláveis
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CONSTRUÇÃO
As
estruturas
metálicas
facilitam
a
instalação de infraestruturas tais como
condutas, cabos e outros equipamentos
Facilitam igualmente a colocação de
materiais de isolamento
A
maior
metálicas
leveza
reduz
das
o
estruturas
impacto
das
estruturas no solo de fundação e
permite reduzir as dimensões das
fundações
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ESTRUTURAS METÁLICAS
O aço é um material muito eficiente
graças
a
uma
elevada
relação
resitência/peso
O aço é 100% reciclável conduzindo à
minimização da depleção dos recursos
naturais e de impactos ambientais
O aço tem um longo ciclo de vida,
permitindo amortizar facilmente os
impactos ambientais devidos à sua
fase de produção
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ESTRUTURAS METÁLICAS
Os sistemas de revestimento em aço
leve
permitem
criar
painéis
com
elevado isolamento, contribuindo para
um comportamento energético mais
eficiente
Fontes de energias alternativas e/ou
renováveis
podem
ser
facilmente
instaladas e adaptadas às estruturas
metálicas
O isolamento térmico e acústico pode
ser adaptado a qualquer local ou
requisito funcional
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ESTRUTURAS METÁLICAS
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Um ambiente interior de má qualidade pode
causar problems de saúde e perda de
produtividade para os utilizadores do edifício.
Os problemas de saúde podem ocorrer a curto
ou longo prazo e variam entre simples irritações
a problemas mais severos
A construção em aço leve é constituída por
materiais com baixos níveis de emissões
A envolvente dos edifícios garante um bom
isolamento térmico/acústico e com fluxos de ar
controlados,
aumentado
o
conforto
e
as
condições sanitárias dos utilizadores
Os materiais utilizados são secos e inorgânicos
prevenindo
problemas
de
humidade
e
contribuindo para a minimização da manutenção
dos edifícios
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ESTRUTURAS METÁLICAS
Um projecto sustentável utiliza de forma
eficiente as estruturas existentes, poupando
dinheiro e protegendo a saúde pública, o
ambiente e os recursos naturais
As estruturas metálicas podem ser facilmente
adaptadas
a
novos
requisitos
funcionais
durante o ciclo de vida de um edifício
A reabilitação de edifícios existentes é mais
fácil com estruturas metálicas, conduzindo à
preservação dos valores culturais e históricos
As estruturas metálicas têm uma excepcional
durabilidade,
com
pouca
manutenção,
salvaguardando os recursos naturais
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FIM-DE-VIDA
 O aço é 100% reciclável e pode ser infinitamente
reciclado sem perda de qualidade
 A produção de aço a partir de aço reciclado reduz as
emissões de CO2 – em 2006 foram poupadas
aproximadamente 894 milhões de ton. de CO2
 Através de um projecto mais eficiente, a necessidade de
produção de aço novo pode ser reduzida, com a
reutilização das componentes sem necessidade de
qualquer reprocessamento
 Na maior parte dos sectores, incluindo o da construção,
as taxas de reciclagem do aço variam entre 80 e 100%
Fonte: “Steel and you – The life of steel” (IISI)
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COMO AVALIAR A SUSTENTABILIDADE
DAS ESTRUTURAS METÁLICAS ?
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SISTEMAS DE AVALIAÇÃO
ex. Sistema LEED - sistema voluntário de rotulagem com o objectivo principal
de avaliar o desempenho ambiental global de um edifício ao longo do seu ciclo
de vida, constituindo uma norma do que deve ser um “edifício ecológico”
Processo baseado num sistema de 64 créditos divididos por 5
áreas de impactos ambientais:
. Sustainable Sites (SS)
. Water Efficiency (WE)
. Energy and Atmosphere (EA)
. Materials and Resources (MR)
. Indoor Environmental Quality (IEQ)
. Innovation and Design Process (ID)
Classificação:
> 26 créditos
> 33 e < 38 créditos
> 39 e < 51 créditos
> 52 e < 69 créditos
Certificação LEED
Prata
Ouro
Platina
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SISTEMAS DE AVALIAÇÃO
Avaliação do aço estrutural de acordo com o sistema LEED
Steel Frame
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Concrete Frame
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SISTEMAS DE AVALIAÇÃO
Avaliação do aço estrutural de acordo com o sistema LEED
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SISTEMAS DE AVALIAÇÃO
Edifícios Metálicos certificados
Edifícios de escritórios da
firma Zimmer em Lenexa
(EUA)
LEED Certification
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SISTEMAS DE AVALIAÇÃO
Edifícios Metálicos certificados
Sede do banco PNC em Pittsburgh
LEED Silver
Certification
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| 30
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ANÁLISES DE CICLO DE VIDA
 Os
impactos ambientais de edifícios ocorrem ao longo de
todas as fases do ciclo de vida do edifício ou qualquer outro
tipo de construção;
 De forma a ultrapassar o problema da alocação de impactos de
uma fase para outra do ciclo de vida, numa análise
comparativa, deve-se ter em consideração uma perspectiva de
ciclo de vida;
 As novas normas internacionais (em desenvolvimento) para a
avaliação da sustentabilidade de edifícios adoptaram uma
abordagem de ciclo de vida
ex. prEN 15643-1 Sustainability of construction works - Integrated
assessment of building performance - Part 1: General framework.
ISO/TS 21931-1 Sustainability in building construction -- Framework for
methods of assessment for environmental performance of construction
works - Part 1: Buildings.
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ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
Normas ISO 14040 & 14044
Estrutura da Análise de Ciclo de Vida
Definição de
objectivos e
âmbito
Análise de
inventário
Avaliação de
impactos
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Interpretação
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| 33
ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
Limites do sistema
Produção de
Materiais
Construção
Operação
Fim de vida
Matérias primas
Energia
Água
Unidade
Processual
Materiais intermédios ou
produto final
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Emissões atmosféricas
Emissões para a água
Emissões para o solo
Outras emissões
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ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
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CASOS DE ESTUDO
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| 35
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CASO DE ESTUDO 1 – MORADIA RESIDENCIAL
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| 36
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INTRODUÇÃO




Análise comparativa entre duas soluções estruturais para
uma moradia, no contexto da construção sustentável;
Ambas as soluções foram dimensionadas para uma vida de
serviço de 50 anos de acordo com os respectivos
Eurocódigos estruturais;
A análise ambiental terá em consideração o balanço entre a
energia incorporada e a energia operacional da moradia;
A avaliação da solução mais sustentável é realizada de forma
a determinar a solução mais equilibrada, tendo em
consideração os critérios ambiental e económico, numa
abordagem de ciclo de vida.
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| 37
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ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
Produção
de materiais
Reciclagem
Transporte
Demolição
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Transporte
Construção
Utilização
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| 39
ENERGIA OPERACIONAL vs. ENERGIA INCORPORADA
Fonte: Commonwealth Scientific and Industrial Research Organisation (CSIRO)
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DESCRIÇÃO DO PROJECTO
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| 40
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Abordagem
Unidade funcional
Moradia residencial dimensionada de acordo com
os requisitos regulamentares relativos à segurança
estrutural, requisitos de conforto e comportamento
térmico, para uma vida de serviço de 50 anos.
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| 41
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| 42
DESCRIÇÃO DO CASO DE ESTUDO
R/C – 183 m2
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1º andar – 183 m2
2º andar – 68 m2
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CASO A – Solução em aço-leve
PAREDE EXTERIOR E LAJE
1.
2.
3.
4.
5.
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C 150 profile (walls), C 250 profile (slabs)
Gypsum plaster board BA15
Rock wool (140mm)
OSB 11 (walls), OSB 18 (slabs)
Exterior Insulation and Finish System (EIFS)
| 43
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CASO A – Solução em aço-leve
PAREDES INTERIORES
1. C90 profile
2. Gypsum plaster board BA15
3. Rock wool (70mm)
4. Gypsum plaster board WA13
5. Ceramic
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| 45
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CASO A – Solução em aço-leve
Mapa de materiais
Material
Quantities
Concrete
70680
Cold formed steel
19494
Rock wool
12335
Gypsum plaster board
13208
Oriented strand board
7016
Reinforcement steel
1307
Exterior Insulation and Finish System (EIFS):
Insulation board (Polystyrene)
330
Finish Coat (acrylic)
330
Unit
kg
kg
kg
kg
kg
kg
m2
m2
Coef. de transmissão térmica (W/m2.oC)
Element
U
Exterior wall
0.240
Roof
0.292
Terrace
0.289
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CASO B – Solução tradicional em betão
PAREDE EXTERIOR E LAJE
1. Internal clay brick wall (11 cm)
2. External clay brick wall (15 cm)
3. Mortar (2 cm) + Paint
4. Air space (10 cm)
5. Mineral wool (8 cm)
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| 46
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CASO B – Solução tradicional em betão
PAREDE INTERIOR
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
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Concrete frame
Clay brick wall (11cm)
Mortar
Mineral Wool (6cm)
Stucco
Paint
Nesting mortar
| 47
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| 48
CASO B – Solução tradicional em betão
Mapa de materiais
Material
Concrete C25/30
Reinforcement steel
Brick walls (int. + ext.)
Cement mortar
Insulation board (polystyrene)
Alkyd paint
Quantities
517482
15877
120852
38508
1327
139
Unit
kg
kg
kg
kg
kg
kg
Coef. de transmissão térmica (W/m2.oC)
Element
U
Exterior wall
0.483
Roof
0.610
Terrace
0.500
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Produção de
materiais
Construção
Helena Gervásio
Operação
| 49
Fim de vida
FASE DE PRODUÇÃO DOS MATERIAIS
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ANÁLISE DE INVENTÁRIO
Portland
Cement
Production
Fine Aggregate
Production
PRODUÇÃO GERAL DO BETÃO
(PCA)
Material
Transportation
Coarse
Aggregate
Production
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Ready-Mix Plant
Operations
Functional Unit of
Concrete
| 50
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| 51
ANÁLISE DE INVENTÁRIO
PRODUÇÃO GERAL DO AÇO (IISI)
System
Raw material
and energy
production
Site boundaries
(including
extraction)
Transportation
Natural
resources
from earth
Steelworks
Recovery
processes
Consumable
s production
By-products
minus
Scrap
Merchant
scrap,
other
steelwork,
etc
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Save
external
operations
Equivalent
By-product
functions
Steel
products
Non allocated
By-products
Emissions
to earth
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Produção de
materiais
Construção
Helena Gervásio
Operação
FASE DE CONSTRUÇÃO
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| 52
Fim de vida
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FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – AÇO LEVE (Caso A)
Nota: A avaliação ambiental foi efectuada de acordo com o método ECOINVENT99
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| 53
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FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – AÇO LEVE (Caso A)
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| 54
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FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – BETÃO (Caso B)
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| 55
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FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – BETÃO (Caso B)
2
1,8
1,6
kPt
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Concrete, nor
mal, at plant
Reinforcing
Brick, at plant
Cement mortar
steel, at plant
/RER S
, at plant/CH
Human Health
Ecosystem Quality
Polystyrene
foam slab,
Resources
Alkyd paint
, white, 60
Analysing 1 p 'House Construction (concrete)'; Method: Eco-indicator 99 (E) V2.03 / Europe EI 99 E/E / single score
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| 56
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FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL
AÇO LEVE vs. BETÃO
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| 57
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
FASE DE CONSTRUÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL
AÇO LEVE vs. BETÃO
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| 58
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
Helena Gervásio
FASE DE CONSTRUÇÃO
ANÁLISE DE CUSTOS
AÇO LEVE vs. BETÃO
160.000 €
140.000 €
120.000 €
100.000 €
80.000 €
60.000 €
40.000 €
20.000 €
Concrete structure
0€
Light weight steel structure
Materials
Man power
labour
TOTAL
Nota: Os custos dizem respeito apenas à construção da estrutura
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| 59
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
Produção de
materiais
Construção
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Operação
Fim de vida
FASE DE OPERAÇÃO
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| 60
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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| 61
FASE DE OPERAÇÃO
Quantificação da energia operacional
Directiva Europeia relativa ao desempenho energético de edifícios [2002/91/CE]
ISO 13790
⎯ Método simplificado, em regime quase permanente (mensal ou
sazonal)
⎯ Método dinâmico horário;
⎯ Simulações dinâmicas.
RCCTE (Dec.Lei 80/2006) - Método simplificado, em regime quase
permanente, no qual os efeitos dinâmicos são considerados através
de coeficientes de utilização.
 necessidades anuais de energia útil para aquecimento (Nic) < Ni
 necessidades anuais de energia útil para arrefecimento (Nvc) < Nv
CERTIFICAÇÃO ENERGÉTICA DE EDIFÍCIOS
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
Regiões climatéricas de Portugal
Coimbra
Coimbra
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| 62
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FASE DE OPERAÇÃO
Quantificação da energia operacional
Estação de aquecimento
 Temperatura interior de referência: 20oC
 Coimbra: zona climática de inverno I1
 Duração da estação de aquecimento: 6 meses
 Graus-dia: 1 460 oC.dias
Estação de arrefecimento
 Temperatura interior de referência : 25oC
 Coimbra: zona climática de verão V2
 Duração da estação de arrefecimento: 4 meses (Jun.-Set.)
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| 63
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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Quantificação da energia operacional
Necessidade anual de energia para aquecimento:
Caso A – Moradia em aço leve:
NiC = 27.92 kWh/m2 (= 8835.67 kWh) < Ni = 81.08 kWh/m2
Nota: Resultado da simulação Ni = 4216.60 kWh (-52%)
Caso B – Moradia em betão:
NiC = 34.17 kWh/m2 (= 10813.32 kWh) < Ni = 81.08 kWh/m2
Necessidade anual de energia para arrefecimento:
Caso A – Moradia em aço leve:
Nvc = 13.98 kWh/m2 (= 4424.50 kWh) < Nv = 18.00 kWh/m2
Nota: Resultado da simulação Nv = 6517.08 kWh (+47%)
Caso B – Moradia em betão:
Nvc = 11.26 kWh/m2 (= 3563.82 kWh) < Nv = 18.00 kWh/m2
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| 64
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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FASE DE OPERAÇÃO
ENERGIA OPERACIONAL vs. ENERGIA INCORPORADA
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| 65
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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FASE DE OPERAÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL –MORADIA EM AÇO LEVE (Caso A)
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| 66
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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FASE DE OPERAÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – MORADIA EM BETÃO (Caso B)
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
FASE DE OPERAÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL
AÇO LEVE vs. BETÃO
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
FASE DE OPERAÇÃO
AVALIAÇÃO AMBIENTAL
AÇO LEVE vs. BETÃO
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Produção de
materiais
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Operação
Construção
Fim de vida
FASE DE FIM-DE-VIDA
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| 70
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FASE DE FIM-DE-VIDA
CENÁRIOS DE FIM-DE-VIDA
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| 72
FASE DE FIM-DE-VIDA
ALOCAÇÃO DA SUCATA
S (kg)
Aço em
produto (1kg)
Ciclo de reciclagem de material (IISI)
Sucata “líquida” consumida = RR - S
LCI crédito/débito = (RR – S) x Y (Xpr – Xre)
LCI produto = X’ – [(RR – S) x Y (Xpr – Xre)]
RR (kg)
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FASE DE FIM-DE-VIDA
ALOCAÇÃO DA SUCATA
S (kg)
Ciclo de reciclagem de material (IISI)
Y = aço produzido/sucata introduzida
RR ≈ 85% (sector da construção)
Aço em
produto (1kg)
Consistente com a declaração da
indústria do aço relativa aos princípios
da reciclagem (http://www.eurofer.org)
RR (kg)
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FASE DE FIM-DE-VIDA
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – AÇO LEVE
(Caso A)
CENÁRIO 1
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FASE DE FIM-DE-VIDA
AVALIAÇÃO AMBIENTAL – BETÃO (Caso B) – Cenário 2
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RESULTADOS DA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
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| 76
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RESULTADOS DA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA – AÇO LEVE
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RESULTADOS DA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA – BETÃO
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
RESULTADOS DA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
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RESULTADOS DA ANÁLISE DE CICLO DE VIDA
ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
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NOTAS AO CASO DE ESTUDO 1
 A solução em aço leve permite uma melhor relação entre a
energia incorporada e a energia operacional ;
 A análise de ciclo de vida permite ter em consideração os
créditos devidos à reciclagem e/ou reutilização do aço de uma
forma coerente.
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| 81
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
CASO DE ESTUDO 2 – PONTE MISTA
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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INTRODUÇÃO
 Frequentemente os projectistas de pontes têm de se debater nos seus trabalhos,
além dos requisitos técnicos, com restrições econónimas.
 Essas restrições económicas dizem respeito não só ao custo inicial da obra mas
também aos custos necessários para a sua manutenção.
 Além dos benefícios económicos, a redução da necessidade de manutenção de
uma obra conduz a uma menor interferência no tráfego corrente da ponte e, por
consequência, a uma redução dos respectivos impactos ambientais e sociais.
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| 83
A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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OBJECTIVOS DO CASO DE ESTUDO
 Realizar uma análise comparativa entre uma ponte, mista
aço-betão, integral e uma ponte em betão com juntas de
dilatação
 A análise comparativa é baseada numa abordagem de ciclo
de vida, tendo em consideração aspectos ambientais e
económicos
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| 84
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DESCRIÇÃO GERAL DA PONTE INTEGRAL
 Ponte com encontros integrais, construída sobre o rio Leduån, no norte da Suécia;
 A ponte é constituída por uma estrutura mista aço-betão e um único vão de 40 m;
 A largura do tabuleiro da ponte são 5 m;
 A ponte foi projectada para uma vida de serviço de 120 anos.
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DESCRIÇÃO GERAL DA PONTE INTEGRAL
Alçado lateral
Secção transversal do tabuleiro
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DESCRIÇÃO GERAL DA PONTE INTEGRAL
Material
Mapa de materiais
Quantity
Unit
108.5
6.3
m3
ton
41.4
ton
13.9
0.6
1000
300.0
1.5
ton
ton
un
m2
m2
Concrete Grade C40/50
Reinforcement Grade B500
Steel Grade S355 (web) & S460
(flanges)
Steel piles (f170x10) Grade S440
Steel pipes (f600x1.6) Grade S355
Shear studs (f22)
Paint (Epoxy and Polyurethane)
Polystyrene
1. Excavation of the soil down to a level 2 meters below the end screens.
2. Driving of 6 tube-shaped steel piles (RR 170x10 mm) per support. Around the
Fases
construtivas
top of each pile, a 2 meter long pipe-shaped pile (RR 600x1.6 mm) is placed.
3. Casting of the pile cap and the wing walls.
4. Launching of the steel girders.
5. Casting of the bridge deck and end screens.
6. Casting of the pavement.
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DESCRIÇÃO GERAL DA PONTE COM JUNTAS DE DILATAÇÃO
Alçado lateral
Secção transversal do tabuleiro
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DESCRIÇÃO GERAL DA PONTE COM JUNTAS DE DILATAÇÃO
Material
Mapa de materiais
Quantity
Unit
Concrete Structure, Grade C35/45
429
m3
Concrete Piles ,Grade C50/60
Reinforcement, Grade B500 B
Bearings:
TOBE FR-E 2000
TOBE FR-A 2000
TOBE FR-F 4000
103
50
m3
ton
2
2
2
un
un
un
5
m
103
ton
Expansion joints (Maurer D90B)
Steel sheet piling
Fases
construtivas
1.
Driving of sheet piles around the foundation.
2.
Excavation of the soil down to level 1.5 meters below each foundation slab.
3.
Driving of concrete piles, 270x270 mm, from a local distributor.
4.
Casting of the foundation slabs.
5.
Casting of the abutments at the end supports and the middle pier column.
6.
Installation of the bearings at the abutments and the middle pier..
7.
Installation of expansion joints.
8.
Casting of the end screens wing walls, bridge deck and edge beams.
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9.
Casting of the pavement
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PLANOS DE MANUTENÇÃO
Maintenance activity
Start year
End year
Frequency
320 €
6
96
6
Painting of the steel structure
37 800 €
30
90
30
Exchange of the edge beams
51 320 €
30
90
30
Start year
End year
Frequency
375 €
6
96
6
60 710 €
30
90
30
1 260 €
30
90
30
100 €
2 625 €
11 025 €
1
10
20
99
90
80
1
10
20
Inspection of the bridge
Ponte integral
Maintenance activity
Inspection of the bridge
Ponte com juntas Exchange of the edge beams
de dilatação
Painting of bearings
Expansion joints:
Cleaning of joint
Exchange of rubber band
Exchange of steel profile
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Unit Cost
Unit Cost
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ANÁLISE DE CICLO DE VIDA - LIMITES DO SISTEMA
IMPACTOS NOS
UTILIZADORES
Produção de
materiais
Extracção de
matérias primas
Transporte para
local de produção
Produção de
materiais de
construção
Congestão
de tráfego
Congestão
de tráfego
Congestão
de tráfego
Construção
Operação
Fim de vida
Transporte de
equipamento para
a construção
Transporte de
equipamento
Uso de
equipamento
Uso de equipamento para a
construção
Operações de
manutenção
Demolição da
estrutura
Processos
construtivos
Processos de
reabilitação
Transporte de
materiais/resíduos
para o local de
deposição
Transporte para o
local da obra
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ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
AVALIAÇÃO DE IMPACTOS – Ponte Mista
100%
80%
60%
40%
End-of-life
Operation
20%
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Photo. oxidation
Terres. ecotoxicity
Human tox.
Ozone depl.
GWP
Eutrophication
-40%
Acidification
-20%
Abiotic depl.
0%
Construction
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ANÁLISE AMBIENTAL DE CICLO DE VIDA
AVALIAÇÃO COMPARATIVA DE IMPACTOS
25
Composite bridge
20
Concrete bridge
15
10
5
0
Human Health
Ecosystem Quality
Resources
30
Composite bridge
25
Concrete bridge
20
15
10
5
0
Institute for Sustainability and Innovation in Structural EngineeringConstruction
Operation
End-of-life
| 93
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ANÁLISE ECONÓMICA DE CICLO DE VIDA
CUSTOS DA AGÊNCIA
Custos iniciais + Custos de manutenção
1,000,000.00 €
1,000,000.00 €
900,000.00 €
900,000.00 €
800,000.00 €
800,000.00 €
700,000.00 €
700,000.00 €
600,000.00 €
Concrete bridge
Composite bridge
600,000.00 €
500,000.00 €
Concrete bridge
400,000.00 €
Composite bridge
300,000.00 €
0
10
20
30
40
50
60
70
80
500,000.00 €
400,000.00 €
90 100 110 120 300,000.00 €
0
Current year Euros
Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120
Present-value Euros
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ANÁLISE ECONÓMICA DE CICLO DE VIDA
CUSTOS DO UTILIZADOR
 Custo devido ao atraso do condutor – custo para o condutor devido ao
atraso provocado pelas obras
 Custos de acidente – custos devidos aos danos em veículos e/ou em
pessoas provocado pelas obras
PERÍODO DE TEMPO ESTIMADO
Maintenance activity
Composite bridge
Time (in days)
Exchange and repair of concrete
2
Exchange and repair of concrete
2
Painting of bearings
1
Expansion joints:
Concrete bridge
Cleaning of joint
0.5
Exchange of rubber band
1
Exchange of steel profile
1
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| 96
ANÁLISE ECONÓMICA DE CICLO DE VIDA
CUSTOS DO UTILIZADOR
 O tráfego médio diário, no ano base do estudo, é de 5000 veículos e o
crescimento do tráfego é exponencial a uma taxa de 0.5%;
 O comprimento da área afectada pela obra é de 1.0 km, e apenas uma via é
fechada ao tráfego de cada vez;
 As taxas de acidente (em milhões de veículos/km) em condições normais de
condução e em zonas afectadas por obras são 1.9 e 2.2, respectivamente;
 A velocidade em condições normais de condução é 80 km/h e em zonas de
obras é de 30 km/h;
 O custo para o atraso do condutor é de 5.00 €/h e o custo por acidente é de
10000 €.
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A Sustentabilidade do Aço e das Estruturas Metálicas
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| 97
ANÁLISE ECONÓMICA DE CICLO DE VIDA
CUSTOS DO UTILIZADOR
60,000.00 €
50,000.00 €
40,000.00 €
30,000.00 €
25,000.00 €
30,000.00 €
Concrete bridge
20,000.00 €
Composite bridge
Concrete bridge
20,000.00 €
15,000.00 €
Composite bridge
10,000.00 €
10,000.00 €
5,000.00 €
0.00 €
0.00 €
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120
Current year Euros
Institute for Sustainability and Innovation in Structural Engineering
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110 120
Present-value Euros
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ANÁLISE ECONÓMICA DE CICLO DE VIDA
CUSTOS DA AGÊNCIA + CUSTOS DO UTILIZADOR
800,000.00 €
800,000.00 €
User costs
700,000.00 €
Agency costs
600,000.00 €
Construction
600,000.00 €
500,000.00 €
500,000.00 €
400,000.00 €
400,000.00 €
300,000.00 €
300,000.00 €
200,000.00 €
200,000.00 €
100,000.00 €
100,000.00 €
0.00 €
Maintenance
700,000.00 €
0.00 €
Concrete bridge
Composite bridge
Present-value Euros
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Concrete bridge
Composite bridge
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NOTAS AO CASO DE ESTUDO 2
 Devido à redução das operações de manutenção, a ponte mista
apresenta a solução mais económica, tanto em termos de custos
para a agência, como de custos para o utilizador;
 Do ponto de vista ambiental, a ponte mista tem vantagem sobre
a solução alternativa em betão, e essa vantagem deve-se
essencialmente à reciclagem da estrutura no fim do seu ciclo de
vida.
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| 99
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OBSERVAÇÕES FINAIS
 As estruturas metálicas contribuem favoravelmente para os objectivos
da construção sustentável;
A
indústria
do
aço
precisa
de
ser
reconhecida
pelo
papel
desempenhado na realização desses objectivos;
 É necessário demonstrar os benefícios das estruturas metálicas com
base em dados credíveis e metodologias apropriadas;
 As análises de ciclo de vida permitem evidenciar as vantagens das
estruturas metálicas, nomeadamente a reciclagem e a reutilização de
estruturas;
 Promover estratégias que conduzam a estruturas mais eficiente (ex.
deconstrução, construção modelar, adaptabilidade, etc).
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