Reducción de impactos ambientales en pavimentos y recapados de hormigón debido a la incorporación de fibras metálicas

Abstract

La industria de la construcción es responsable del 37% de las emisiones globales de gases de efecto invernadero, de las cuales un 10% corresponde a la fabricación de materiales. En este contexto, la producción de cemento representa aproximadamente el 7% de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel mundial. La presente investigación tiene como objetivo analizar la reducción de los impactos ambientales en pavimentos y recapados de hormigón mediante la incorporación de fibras metálicas. Las fibras utilizadas incluyen las de origen comercial, fibras recicladas a partir de neumáticos fuera de uso (NFU) y fibras recicladas a partir de desechos provenientes del procesamiento de piezas de acero (PPA). Con el fin de alcanzar el objetivo, se realiza una revisión bibliográfica que evidencia que la adición de fibras metálicas, ya sean comerciales o recicladas, no solo mejora el desempeño estructural de los pavimentos y recapados, sino que también permite una reducción del espesor de las losas y, en consecuencia, del consumo de materiales. Este beneficio se atribuye al aumento de la resistencia a la flexocompresión del hormigón modificado: en un 43% al incorporar fibras comerciales, un 2% con fibras NFU y un 7% con fibras PPA. Los resultados obtenidos en los diversos casos de estudio, realizados en distintas ciudades de Chile, bajo diferentes condiciones de tráfico, demuestran que el uso de fibras metálicas optimiza el diseño de pavimentos y recapados, lo que conlleva a una reducción del impacto ambiental a lo largo del ciclo de vida de estas estructuras. En el caso de Valdivia, la incorporación de fibras comerciales permitió una reducción de los espesores de losa de 18% aproximadamente. Esto implicó una reducción en las emisiones asociadas al cemento, pasando de 1,314E5 kgCO2eq a 1,07E5 kgCO2eq. Por su parte, en Concepción, el uso de fibras metálicas permitió la reducción del espesor de losa en un 28% aproximadamente. Esto implicó una reducción de los impactos asociados al cemento, pasando de 1,68E5 kgCO2eq a 1,41E5 kgCO2eq. Estas diferencias en los porcentajes de reducción entre ambas ciudades pueden atribuirse principalmente a las variaciones en las condiciones climáticas locales, en particular al efecto del viento. Este factor incide significativamente en el diferencial de temperatura, un elemento clave que influye directamente en los espesores necesarios en cada pavimento. Por otro lado, este enfoque contribuye a una mayor durabilidad y resistencia del hormigón frente a cargas pesadas y repetitivas, al tiempo que fomenta prácticas sostenibles mediante la incorporación de materiales reciclados, en línea con los principios de la economía circular. Por último, para evaluar el efecto de esta tecnología, se evaluaron 80 casos de estudio para pavimentos y 80 para recapados, confirmando la efectividad de esta tecnología en términos ambientales y estructurales.

The construction industry is responsible for 37% of global greenhouse gas emissions, with 10% attributed to the production of materials. In this context, cement production accounts for approximately 7% of global greenhouse gas emissions. This research aims to analyze the reduction of environmental impacts in concrete pavements and overlays through the incorporation of metallic fibers. The fibers utilized include commercially manufactured fibers, fibers recycled from end-of-life tires (ELTs), and fibers recycled from steel-processing waste (SPW). To achieve this objective, a literature review was conducted, revealing that the addition of metallic fibers, whether commercial or recycled, not only enhances the structural performance of pavements and overlays but also enables a reduction in slab thickness and, consequently, material consumption. This benefit is attributed to the increased flexural-compressive strength of modified concrete: a 43% improvement with commercial fibers, a 2% improvement with ELTs fibers, and a 7% improvement with SPW fibers. The results obtained from various case studies conducted in different cities across Chile, under varying traffic conditions, demonstrate that the use of metallic fibers optimizes the design of pavements and overlays. This optimization results in a reduction of the environmental impact throughout the life cycle of these structures. In Valdivia, for instance, the incorporation of commercial fibers enabled an approximate 18% reduction in slab thickness, leading to a decrease in cement-related emissions from 1,314E5 kgCO2eq to 1,07E5 kgCO2eq. Similarly, in Concepción, the use of metallic fibers allowed for an approximate 28% reduction in slab thickness, resulting in a decrease in cement-related emissions from 1,68E5 kgCO2eq to 1,41E5 kgCO2eq. The differences in reduction percentages between these cities can be primarily attributed to variations in local climatic conditions, particularly the effect of wind. This factor significantly influences the temperature differential, a key element directly impacting the required slab thickness for each pavement. Moreover, this approach contributes to greater durability and resistance of concrete against heavy and repetitive loads, while promoting sustainable practices through the incorporation of recycled materials, aligning with the principles of circular economy. Finally, to assess the efficacy of this technology, 80 case studies were evaluated for pavements and another 80 for overlays, confirming its effectiveness in both environmental and structural terms.