Direitos Reservados Direitos Reservados 2009

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1 As Estruturas de Concreto e a Seminário: Construção sustentável com concreto As Estruturas t de Concreto e a Como pode o setor de concreto contribuir para o movimento global de sustentabilidade na construção civil? Paulo Helene Diretor da PhD Engenharia Civil & Consultoria Prof. Titular da Universidade de São Paulo USP Vice-Presidente do Instituto Brasileiro do Concreto IBRACON European Concrete Platform ASBL. Sustainable Benefits of Concrete Structures. Feb. 29 The Concrete Centre. The Environmental, Social and Economic Sustainability Credentials of Concrete. Dec. 29 Comitê Técnico de Meio Ambiente do IBRACON Presidente: Prof. Dr. Salomon Mony Levy 2 Qual a relação entre desenvolvimento e produção de concreto, o mais consumido material industrial? Paradoxo! população mundial crescente precisa de muitos empregos precisa de muita infra-estrutura precisa de moradias deseja qualidade de vida depende da construção civil utiliza intensamente o concreto Como o consumo de cimento e de concreto que são utilizados como índices de desenvolvimento de uma nação, podem, ao mesmo tempo serem utilizados como índices de degradação do meio ambiente? Uma das respostas está em pensar na estrutura, na obra, no produto final, e não nos materiais isoladamente 3 4 Protocolo de Kyoto IPCC Reports 27 According to IPCC May 4, report, the worst effects of global warming can be avoided if: 1997 Protocolo de Kyoto GHG emissions to peak in 15 years, and fall to 5% of current levels by 25. Em 212 emitir 6% menos gases estufa que em 199 países desenvolvidos. Limit temperature increase to 1.6 C Above actions will stabilize GHG emissions below 49 ppm, the current concentration being about 43 ppm. IPCC Intergovernmental Panel on Climate Change UNEP United Nations Environmental Programme WMO World Meteorological Organization 5 6 1

2 Qual o problema? Como reduzir o aquecimento global? Aquecimento Global (Global Warming) no qual a indústria tem contribuição destacada ao lado do chamado modo de viver de vários dos cidadãos ingênuos que vivem nos países desenvolvidos. Atualmente os países desenvolvidos emitem cerca de 66% do total de gases estufa do planeta e se considerado per capita essa contribuição nefasta pode chegar a 8%. Weather Makers, by Tim Flannery reduzir emissão de gases estufa 2. reduzir energia consumida 3. reduzir consumo de recursos naturais não renováveis 4. mudar o modo de viver de alguns Como reduzir emissão de gases estufa, sem prejudicar desenvolvimento e qualidade de vida? Fixação (sequestro) de CO 2 Sequestrar o CO 2 gerado nos processos industriais ou Reduzir as emissões de GHG (gás estufa) nos processos industriais e no modo de viver de alguns Trata-se de procedimentos de captura das emissões de GHG e fixação destes gases na superfície da crosta terrestre ou enterrados no solo O próprio concreto e as argamassas de base cimento sequestram e fixam CO 2 atravésdosinevitáveisprocessosde carbonatação (CaO.CO 2 ) Ainda não há procedimentos viáveis para sequestro de CO 2 em larga escala nas indústrias 9 1 Como reduzir as emissões de GHG (gás estufa) nos processos industriais? e concreto: Situação no Reino Unido Atuando sobre a fabricação dos materiais constitutivos das estruturas de concreto: cimento agregadomiúdo agregado graúdo água; aditivos; armadura / aço; fôrmas The Concrete Centre

3 2. Como reduzir energia consumida na fabricação de materiais sem prejudicar desenvolvimento e qualidade de vida? Energia Co-processamento Incorporação de rejeitosindustriais i i i (adições) Melhoria do processo de mistura, queima, moagem Uso de fontes de energia renováveis O processo de produção de clinquer de cimento Portland é considerado o terceiro maior consumidor de energia, abaixo somente do alumínio e do aço. A produção de clinquer Portland requer cerca de 1kWh de energia por tonelada de clinquer e concreto: Situação no Mundo 3. Como reduzir consumo de recursos naturais sem prejudicar desenvolvimento e qualidade de vida? A indústria de cimento brasileira é considerada como uma das mais evoluídas em sustentabilidade pois tem uma das melhores relações entre total de clínquer e total de cimento produzidos, com índice da ordem de 6% a 7%. Aperfeiçoar o processo de transformação das montanhas inférteis em saúde, transporte, educação, moradia e qualidade de vida; Reaproveitar água de lavagem dos agregados e das caçambas (balão) dos caminhões; Captar água de chuva nas Centrais; Reduzir consumo de água nos concretos e argamassas Recursos Naturais Consumo de Água A produção de 1t de Clinquer Portland requer 1.6t de matériaprima. i Continente Litros/dia USA & Canada 6 Aproduçãode1tdeconcretorequer,5tdeagregadose,2t de água limpa. Europa 3 Sul América 1 África

4 As Estruturas de Concreto e a Admixtures Aggregates Cement Fly ash Marine aggregates Ground granulated blastflurnace sleg Reinforcement Como caminhar em direção à sustentabilidade nas estruturas de concreto? Mortar Precast concrete Ready-mixed concrete Housing Infrastructure Non-domestic buildings 19 Alternativas para tornar as Estruturas de Concreto ainda mais verdes Desperdício O desperdício no concreto é de 2% enquanto na Construção Civil (alvenarias, pisos, etc.) pode ser de reduzir desperdício na construção civil 2. aperfeiçoar processos de fabricação de cimento e aço 3. reduzir consumo de aço, madeira e cimento 4. aumentar uso de adições e aditivos 5. aumentar uso de agregados reciclados 6. aumentar uso de concreto de elevada vida útil 7. aumentar uso de concreto de alta resistência Alternativas para tornar as Estruturas de Concreto ainda mais verdes Carbonatação 1. reduzir desperdício na construção civil 2. aperfeiçoar processos de fabricação de cimento e aço 3. reduzir consumo de madeira, aço e cimento 4. aumentar uso de adições e aditivos 5. aumentar uso de agregados reciclados 6. aumentar uso de concreto de elevada vida útil 7. aumentar uso de concreto de alta resistência e = 2, cm f ck = 15 MPa t = 8 anos f ck = 5 MPa t = 25 anos f ck = 25 MPa t = 38 anos

5 Centro Empresarial Nações Unidas Torre Norte São Paulo Altura 179 m f ck = 5MPa 25 Sustainable Development 2 milênios! Increasing service life of concrete structures we can preserve the natural resources. If we develop the design and construction ability we can get concrete structures with 5 years service life. Doing this we can multiply by ten our productivity which means preserve the 9% of them Panteão de Roma Kumar Mehta Reducing the Environmental Impact of Concrete Concrete International. ACI, v.23, n. 1, Oct. 21. p Alternativas para tornar as Estruturas de Concreto ainda mais verdes Como tornar as estruturas de concreto ainda mais sustentáveis? 1. reduzir desperdício na construção civil 2. aperfeiçoar processos de fabricação de cimento e aço 3. reduzir consumo de madeira, aço e cimento 4. aumentar uso de adições e aditivos 5. aumentar uso de agregados reciclados 6. aumentar uso de concreto de elevada vida útil 7. aumentar uso de concreto de alta resistência Empregando concreto de alta resistência HSC

6 As Estruturas de Concreto e a Considerando um pilar central típico de um edifício de 2 andares secção quadrada, 3m de altura, armadura principal CO 2? Energia? Recursos naturais? Vida Útil? (Life Cycle Analysis) Força normal característica = 5 tf fck (MPa) taxa de armadura (%) seção (cm) adotado (cm) kg 71.8 x x kg 46.9 x x kg 51.2 x x kg 39.5 x x As Estruturas de Concreto e a As Estruturas de Concreto e a Pilar para 5t f ck = 2MPa f ck = 2MPa f ck = 5 MPa Cimento = 28 kg/m3 Areia = 845 kg/m3 Brita = 136 kg/m3 Água = 21 kg/m As Estruturas de Concreto e a Emissões gasosas e energia consumida f ck = 5MPa Material NOx (kg/t) CO 2 (kg/t) GWP (kg/t) Energia consumida (kwh/t) Cimento = 42 kg/m3 Areia = 81 kg/m3 Brita = 11 kg/m3 Água = 16 kg/m3 Clinquer Portland ( CP I) ferro gusa (minério) CA 5 & CA 6 (sucata) 185 1, , (88) *Global warming potential (GWP) is a measure of how much a given mass of greenhouse gas is estimated to contribute to global warming. It is a relative scale which compares the gas in question to that of the same mass of carbon dioxide

7 Concreto estrutural fck 2MPa Concreto estrutural fck 5MPa Para 1 m³ GWP kg/t GWP kg/m³ Energia kwh/m³ Cimento CP I 28kg Areia 845kg 1 Pedra 136kg 12 Água 21kg Aço Formas 12 m²/m³ 6 reutilizações chapa de1,4cm TOTAL 32kg 315kg ,28 m Para 1 m³ GWP kg/t GWP kg/m³ Energia kwh/m³ Cimento CP I 42kg Areia 81kg 3 Pedra 11kg 12 Água 16kg Aço Formas 12 m²/m³ 6 reutilizações chapa de1,4cm TOTAL 32kg 315kg ,28 m m³ de Concreto estrutural 1 m³ de concreto estrutural com CP III 4 Material Tipo f ck GWP Energia MPa kg/m 3 kwh/m 3 concreto armado CP I / / 6636 concreto armado CP III 2 14 / / 6437 concreto armado CP I 5 63 / / 6777 concreto armado CP III / / 648 CO 2 GWP (kg/m³) ,4% ,% 42,4% & 4% de taxa de armadura Resistência do Concreto (MPa) m³ de concreto estrutural com CP III 4 1 m³ de concreto estrutural com qualquer cimento 4,% gia or m³ Energ kwh po ,4% Resistência do Concreto (MPa) Água l/m m³ resistência do concreto MPa

8 Pilar com 3m,4% armadura, 5tf, com CP III Pilar com 3m 4% armadura, 5tf com CP III Material f ck seção energia GWP MPa cm kwh kg Material f ck Seção energia GWP MPa cm kwh kg concreto armado 2 72x concreto armado 2 52x concreto armado 5 5x concreto armado 5 4x Pilar com 3m de altura, seção quadrada, 5tf com CP III Pilar com 3m de altura, seção quadrada, 5tf com CP III CO 2 GWP (kg/m³) ,%,4% Resistência do Concreto (MPa) gia or m³ Energ kwh po ,4% 615 4,% Resistência do Concreto (MPa) Água L/p pilar Pilar com 3m de altura, seção quadrada, 5tf com CP III Concreto efêm mero 327,4% 4,%,% e-tower Resistência do Concreto (MPa) 47 8

9 e-tower Projeto estrutural (e-tower) Edifício e-tower SP 42 andares heliponto piscina semi-olímpica academia de ginástica 2 restaurantes concreto colorido fck pilares = 8 MPa 49 5 Controle Economia de Recursos Naturais Original: f ck = 4MPa seção transversal 9cm x 1cm,9m 2 HPC / HSC: f ck = 8MPa seção transversal 6cm x 7cm,42m

10 Social - Economica - Ambiental Social - Economica - Ambiental 7% menos areia 7% menos pedra 53% menos concreto 53% menos água 2% menos cimento 31% menos área de fôrma 25% mais de reaproveitamento de fôrma 43% menos aço 16 vagas a mais 1% vida útil maior 1% desforma mais rápida Pontos para Discussão Pontos para Discussão 1. Índice de sustentabilidade do concreto? 1. Índice de sustentabilidade do concreto? GHG/GW; kwh; Água; por kg furado! demonstrado. GHG/GW; kwh; Água; por kg furado! demonstrado. GHG/GW; kwh; Água; por m 3 furado! demonstrado. GHG/GW; kwh; Água; por m 3 furado! demonstrado. GHG/GWP; kwh; Água: por (m 3.MPa) ou por (Mg.MPa) GHG/GWP; kwh; Água: por (m 3.MPa) ou por (Mg.MPa) índice 2 MPa 5 MPa índice 2 MPa 5 MPa GHGGWP / m 3. MPa ou Mg.MPa 24 / 1 12 / 5 kwh / m 3. MPa ou Mg.MPa 36 / / 61 GHGGWP / m 3. MPa ou Mg.MPa 24 / 1 12 / 5 58% kwh / m 3. MPa ou Mg.MPa 36 / / 61 Água / m 3. MPa ou Mg.MPa 1 / 4,3 3 / 1,3 Água / m 3. MPa ou Mg.MPa 1 / 4,3 3 / 1, Pontos para Discussão Pontos para Discussão 2. Índice de sustentabilidade da estrutura de concreto? GHG/GW; kwh; Água; por pilar de 5tf índice 2 MPa 5 MPa GHGGWP / pilar 5tf (,4%) GHGGWP / pilar 5tf (4,%) kwh/ pilar 5tf (,4%) kwh/ pilar 5tf (4,%) % 45% 1. Fixar um concreto de referência? 2MPa; CP I; Slump 1mm; brita 2; sem aditivo 2. Fixar uma estrutura de referência: pilar, uma viga, uma laje? 3. Fazer a análise completa com formas, aço, espaços, água / pilar 5tf (,4%) água/ pilar 5tf (4,%) % reaproveitamentos, etc.?

11 Fixar gás carbônico CO