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Emisiones de carbono de pilotes helicoidales vs cimentaciones de concreto
¿Qué tipo de cimentación produce menos huella de carbono en nuestro planeta?
Si está construyendo proyectos en energías renovables, petróleo y gas, o transmisión y distribución, tiene mucho en qué pensar. Plazos, presupuestos, materiales, equipos, permisos, inspecciones, y así sucesivamente. Hay mucho con qué mantenerse ocupado al planificar un nuevo proyecto o la expansión de la infraestructura existente. Sin embargo, también hay otro aspecto que debe considerar de cerca: el impacto ambiental de su proyecto. En este blog presentaremos las ventajas ambientales de la utilización de pilotes helicoidales frente a cimentaciones convencionales de concreto.
Introducción
Políticos, inversionistas, los medios de comunicación y el público están esperando que la industria de la construcción haga un esfuerzo aún mayor para reducir las emisiones de carbono de nuestros proyectos. Aquí está la dura realidad que la gente fuera de la industria no se da cuenta, reducir las emisiones de CO2 no es fácil. Equilibrar el costo, la velocidad y las emisiones de carbono es una tarea difícil cuando hablamos de construcción industrial.
Gran parte de las emisiones que crea un proyecto de construcción son causadas por las materias primas que se utilizan. La producción de acero, concreto y plásticos libera CO2 a la atmósfera. Por lo tanto, es lógico pensar que una de las formas más sencillas de reducir la huella de carbono de su proyecto de construcción es utilizar menos materia prima. Esta es la razón por la que las empresas y los contratistas buscan cimentaciones de pilotes helicoidales para reducir sus emisiones de CO2. Pero, ¿cómo reducen realmente las pilas helicoidales las emisiones de CO2 de su proyecto?
Después de todo, los pilotes helicoidales se fabrican con acero, que es responsable de hasta el 9 % de las emisiones globales de CO2. El concreto es responsable del 8% de las emisiones globales de CO2, muy cerca de la industria del acero. ¿Lo que da? ¿Cómo puedo afirmar que los pilotes helicoidales tienen un impacto de CO2 menor que el concreto cuando ambas materias primas tienen emisiones de carbono totales similares? Como casi todo cuando hablamos de emisiones, no hay una respuesta de “cortar y secar”. De hecho, al escribir este artículo obtuve una mayor apreciación de cuán complejo es realmente responder a esta pregunta. Es hora de abordar la gran pregunta: ¿Cuál es el VERDADERO costo de carbono de una cimentación de pilote helicoidal en comparación con una cimentación de concreto?
¿Por qué son complicadas calcular las emisiones de carbono de los pilotes helicoidales frente a las cimentaciones de concreto?
Calcular las emisiones de CO2 relacionadas con un proyecto de construcción es una cuestión compleja de abordar. Todo, desde las materias primas que utiliza hasta la cantidad de personal y equipos que se encuentran en el sitio, afectará su impacto ambiental. Esto hace que calcular el “costo de carbono” de una cimentación de pilotes helicoidales en comparación con una cimentación de concreto sea un poco complicado. Hay innumerables variables que afectarán sus emisiones totales de CO2. No quiero atascarme en detalles como las emisiones de excavadoras o camiones de transporte. Me referiré a ese tema en breve, pero no es nuestro enfoque.
Para simplificar las cosas, solo estamos interesados en el costo total de carbono de las materias primas de una cimentación de pilotes helicoidales en comparación con una cimentación de concreto. No tomaremos en cuenta las emisiones de CO2 de los equipos, el transporte, el personal u otras fuentes. Con eso en mente, aquí hay algunas variables que afectan las emisiones de CO2 de su cimentación.
¿Dónde se produce la materia prima?
Diferentes países tienen diferentes leyes ambientales que rodean la producción de acero y concreto. China, por ejemplo, tiene regulaciones mucho más flexibles sobre la contaminación, por lo que el acero producido allí tiende a tener emisiones de carbono más altas que el acero doméstico. Un estudio encontró que el acero galvanizado en caliente (HDG) producido en China emite un 50 % más de gases de efecto invernadero en comparación con el acero HDG de América del Norte.
El acero producido en Estados Unidos, por otro lado, tiende a estar compuesto de acero reciclado que produce menos emisiones de CO2. Según el Instituto Estadounidense de Construcción de Acero, las acerías estadounidenses reciclan más de 70 millones de toneladas de chatarra cada año.
¿Cómo se produce la materia prima?
El acero se puede producir en un alto horno de oxígeno básico (BF-BOF) o en un horno de arco eléctrico (EAF). Un BF-BOF funde mineral de hierro para crear material de acero, un proceso que produce enormes cantidades de emisiones de CO2.
Un horno eléctrico de arco, por otro lado, toma chatarra reciclada y la transforma nuevamente en acero útil, lo que requiere menos emisiones. Los hornos eléctricos eléctricos también pueden funcionar con energía renovable, lo que reduce aún más sus emisiones.
¿Qué distancia recorrió la materia prima?
Algunos fabricantes de pilotes helicoidales en los EE. UU. utilizan acero de China para construir sus pilotes, mientras que otros obtienen materiales de América del Norte. Si pone cientos de toneladas de acero en un barco y lo transporta miles de millas, aumenta las emisiones finales de carbono de ese material. El cemento no es diferente.
El Resumen de productos básicos minerales para cemento para 2022 publicado por el Centro Nacional de Información de Minerales del USGS indicó que la producción nacional de cemento de EE. UU. se vio ralentizada por las importaciones de cemento de bajo costo, y al menos el 43% de las importaciones de cemento procedían del extranjero.
No hace falta decirlo, pero obtener materias primas más cerca de casa reducirá el impacto de CO2 de su cimentación.
¿Qué tipo de máquinas/equipos se necesitan para instalar los cimientos?
Las cimentaciones de concreto moldeados in situ necesitan bastantes máquinas para su instalación. Grúas, cargadoras, minicargadoras, excavadoras, camiones bomba y mezcladoras, por nombrar algunas. Cada máquina o pieza de equipo en su proyecto se suma a sus emisiones totales de carbono. No solo eso, sino que cada máquina nueva también aumenta sus costos de construcción.
Los pilotes helicoidales tienen menos requisitos de equipo en comparación con las cimentaciones de concreto, lo que reduce las emisiones totales de CO2. Los cimientos de pilotes helicoidales de alta capacidad tienden a requerir mucho menos equipo en general. Por ejemplo, instalamos una cimentación de pilotes helicoidal para un receptor de babosas de un millón de libras utilizando solo una excavadora, una minicargadora, un brazo cargador, un camión con remolque y un camión de apoyo de 1 tonelada. Cuantas menos máquinas de alto consumo de combustible necesite en el sitio, menos emisiones producirá su proyecto.
¿Se utilizan materias primas recicladas para fabricar las cimentaciones?
El acero virgen podría emitir hasta un 350 % más de CO2 en comparación con el acero reciclado. Eso significa que el tipo de acero que se utiliza en su cimentación afectará sus cifras finales de emisiones. Según Materials Palette, el acero reciclado normalmente contiene hasta un 97 % de contenido reciclado en general. El acero también se puede reciclar infinitamente sin perder nada de su integridad o propiedades estructurales.
El concreto se puede reutilizar o reciclar, pero no es un verdadero material reciclable. No se puede triturar el concreto y convertirlo de nuevo en una mezcla funcional. Se puede reutilizar como agregado, pero aún se necesita mezclar cemento y otros materiales. Todavía es una buena idea reutilizar los desechos de concreto, pero no debe considerarse “reciclable”.
¿Cuánta materia prima se requiere para la cimentación?
Este es uno de los mayores factores que contribuyen a las emisiones totales de carbono de su cimentación. ¿Cuánta materia prima necesita para fabricar e instalar sus cimientos? Es donde las cosas comienzan a complicarse un poco más. De hecho, necesitaremos otra sección completa solo para sumergirnos en ella.
Emisiones de carbono por tonelada para pilotes helicoidales vs. cimentaciones de Concreto
¿Qué es más pesado, 1000 libras de acero o 1000 libras de concreto? Lo sé, lo sé, es una vieja broma. También ilustra un punto importante sobre los cimientos de pilotes helicoidales de acero frente a las cimentaciones de concreto:
1000 libras de pilotes helicoidales de acero no equivalen a 1000 libras de cimentaciones de concreto. Los pilotes helicoidales son, por naturaleza, mucho más eficientes en su diseño que una cimentación de concreto. Eso no quiere decir que una cimentación de concreto no pueda estar bien diseñada o que no pueda ser eficiente, ciertamente puede serlo.
Sin embargo, en general, los pilotes helicoidales requieren menos materia prima, equipo y tiempo para fabricarse e instalarse. Debido al diseño único de un pilote helicoidal, podemos reemplazar cientos de toneladas de concreto y obtener el mismo soporte (incluso mejor).
Como mencioné anteriormente, la cantidad de materia prima que necesita para su cimentación tendrá el mayor impacto en su huella de CO2. Creo que la mejor manera de demostrarlo es comparando las emisiones de CO2 de una cimentación de pilotes helicoidales y la alternativa de concreto vertido comparable.
Especificaciones de la cimentación de pilote helicoidal
Pilotes totales requeridos: 408
Peso del acero: 152t
Peso Final: 152t
Como vimos anteriormente, hay varios factores que afectan la huella de carbono del acero. Cómo se produce, dónde se produce y cuánto material reciclado se utiliza son algunos. La Asociación de Fabricantes de Acero publicó un informe independiente que calculó las emisiones de CO2 para la fabricación de acero en los Estados Unidos. Usaré sus números para calcular las emisiones de CO2 del acero para simplificar las cosas. Su informe indicó que el “acero virgen”, acero nuevo que se crea utilizando un alto horno de oxígeno (BOF), libera un promedio de 1,67 t/CO2 por 1 t de acero producido. El acero reciclado que se produce en un horno de arco eléctrico es mucho más eficiente y solo produce 0,37 t/CO2 por 1 t de acero producido.
En los EE. UU., casi el 70 % de todo el acero producido en el país es acero reciclado. Eso hace que sea un poco complicado saber si usar una cifra de 1,67 t/CO2, 0,37 t/CO2, o algo intermedio, al calcular las emisiones de carbono de la materia prima de acero. Para simplificar las cosas, calcularé las emisiones de CO2 del acero utilizando el “peor escenario posible” de 1,67 t/CO2. Solo sepa que sus números reales de CO2 variarán dependiendo de cómo se produzca su acero estructural. En América del Norte, lo más probable es que sea acero reciclado producido en un horno de arco eléctrico, lo que reducirá sus emisiones de CO2.
Cálculo de las emisiones de CO2 para una cimentación de pilote helicoidal
Las emisiones de CO2 de su cimentación pueden variar dependiendo de dónde obtenga la materia prima su contratista helicoidal y cómo se fabriquen sus pilotes helicoidales. Recuerde que nuestra cimentación de pilas helicoidales requirió 152 toneladas de materia prima de acero para fabricar las pilas. Todo lo que tenemos que hacer es multiplicar el tonelaje de acero que necesitamos por las emisiones de CO2 por tonelada de acero (1,67 t/CO2). Esto nos da:
152t acero * 1,67t/CO2 = 254t/CO2 emisiones
Para producir las materias primas necesarias para fabricar la cimentación del pilote helicoidal de este proyecto, se emitirán 254 toneladas de CO2 a la atmósfera. ¿Cómo se compara eso con el concreto? Vamos a averiguar.
Especificaciones de cimentación de concreto
Pilotes totales requeridos: 336
Peso de la barra de refuerzo de acero: 88t
Peso del Concreto: 1427t
Peso Final: 1515t
Emisiones de CO2 para una cimentación de concreto
Calculemos primero las emisiones de CO2 de la barra de refuerzo, usando las mismas 1,67 t/CO2 por 1 t de acero que arriba. El acero reciclado tiene un menor impacto de carbono, pero estoy usando la cifra de emisiones del “peor de los casos” en aras de la simplicidad. Necesitamos 87 t de barras de refuerzo para reforzar el concreto, lo que hace que nuestra ecuación para el acero se vea así:
87 t de acero * 1,67 t/CO2 = 147 t/CO2 de emisiones de varillas de acero
Ahora sabemos el costo del carbono del acero, pero ¿qué pasa con el concreto? Aquí es donde se pone complicado. Uno de los ingredientes clave del concreto es el cemento, y es el cemento el responsable de la mayoría de las emisiones cuando se trata de la producción de concreto. Otros materiales, como los agregados de cantera o reciclados, contribuyen muy poco a las emisiones en comparación con el cemento. La IEA calcula que se producen de 0,5 t/CO2 a 0,6 t/CO2 por 1 t de concreto. Otras empresas reportan hasta 0,7t/CO2.
Dado que estamos calculando el “peor escenario posible” con nuestras emisiones de acero, continuaremos la tendencia con el concreto y calcularemos las emisiones utilizando la cifra de 0,7 t/CO2 por 1 t de concreto. Recuerde, estas cifras son para ayudar a pintar una imagen del costo de las emisiones de los cimientos de pilotes helicoidales en comparación con el concreto. Si desea una imagen más precisa de cómo serían las emisiones de CO2 de su cimentación, póngase en contacto con nuestro equipo y lo calcularemos por usted.
Esta cimentación necesita 1427t de concreto, lo que produce un coste de CO2 de:
1427 t de concreto * 0,7 t/CO2 = 999 t/CO2 de emisiones de concreto.
Ahora, sumamos el costo de CO2 de la barra de refuerzo y el concreto:
147t + 999t = 1146t/CO2 emisiones totales para cimentación de concreto.
Para producir las materias primas necesarias para esta cimentación de concreto, emitirá 1146t/CO2 a la atmósfera.
Resumen: El costo real del carbono de pilotes helicoidales y cimentaciones de concreto
Nuestras cifras finales de emisiones de CO2 para nuestra cimentación de pilotes helicoidales fueron de 254 t/CO2.
Esto podría haber parecido una gran cantidad de emisiones, hasta que lo comparamos con las emisiones de 1146t/CO2 que generaría una solución de cimentación de concreto.
En nuestro ejemplo, una solución de cimentación de concreto produciría un 351 % más de emisiones de CO2 en comparación con los pilotes helicoidales. Pero las emisiones de CO2 no son la única consideración cuando se trata de evaluar el impacto ambiental de su cimentación.
La cimentación de pilotes helicoidales de nuestro ejemplo utilizaría un 163 % menos de materia prima que una solución de concreto. Eso significa que se extrae menos materia prima de la tierra, se requiere menos procesamiento para esos materiales y menos peso para transportar.
Aquí hay una forma más de pensar en ello…
Al utilizar pilotes helicoidales en lugar de concreto para nuestra cimentación de ejemplo, se ahorraría el equivalente de CO2de sacar de la carretera 194 vehículos de pasajeros durante todo un año. Y recuerde, todos estos cálculos se realizaron utilizando el “peor de los casos”. Es muy probable que, dependiendo de dónde construya su cimentación, sus emisiones de CO2 serán aún menores.
En el mundo real, las emisiones precisas de CO2 de su cimentación dependerán de cosas como:
- ¿Dónde se produjo la materia prima?
- ¿Cómo se produjo la materia prima?
- ¿Qué distancia recorrió la materia prima?
- ¿Qué tipo de máquinas/equipos se necesitan para instalar las cimentaciones?
- ¿Se utilizan materias primas recicladas para fabricar las cimentaciones?
- ¿Cuánta materia prima se requiere para la cimentación?
Lo que espero que este artículo haya hecho fue darle una mejor apreciación de cuán más eficiente puede ser una cimentación de pilotes helicoidales en comparación con el concreto. En este ejemplo, podríamos reemplazar 1515 t de concreto y barras de refuerzo de acero con solo 152 t de pilotes helicoidales de acero.
El escrutinio que enfrentamos en la industria de la construcción sobre nuestras emisiones de CO2 no va a desaparecer. De hecho, solo se volverá más intenso en los próximos años.
No hay mejor momento que ahora para avanzar y reducir el impacto ambiental de sus proyectos, mantener contentos a los reguladores e inversores y disfrutar de una instalación de cimentaciones más rápida y segura. No solo tiene más sentido para su proyecto, tiene más sentido para nuestras comunidades y el futuro de nuestro planeta.
Si desea obtener más información sobre los pilotes helicoidales y cómo pueden reducir drásticamente el impacto de las emisiones de carbono de su proyecto, desplácese hacia abajo para hablar con uno de nuestros expertos.
By Ph.D. Carolina Hernández Valerio
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