Post on 31-Oct-2021
Universitatea Tehnică de
Construcții București
MINISTERUL EDUCAŢIEI NAȚIONALE
UNIVERSITATEA TEHNICĂ DE CONSTRUCŢII BUCUREŞTI
FACULTATEA DE HIDROTEHNICĂ
DEPARTAMENTUL DE HIDRAULICĂ ŞI PROTECŢIA MEDIULUI
IMPACTUL MATERIALELOR COMPOZITE
UTILIZATE ÎN CONSTRUCȚII ASUPRA
MEDIULUI
TEZĂ DE DOCTORAT
Doctorand:
ing. Olimpia Iuliana NICOLAE
Conducător științific:
Prof. univ. dr. ing. Ioan BICA
București 2013
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 2
Titularul prezentei teze de doctorat a beneficiat pe întreaga perioadă a stagiului de
pregătire doctorală de bursă atribuită prin proiectul Burse doctorale pentru
ingineria mediului construit, cod POSDRU/107/1.5/S/76896, beneficiar UTCB,
proiect derulat în cadrul Programului Operaţional Sectorial Dezvoltarea Resurselor
Umane, finanţat din Fondurile Structurale Europene, din Bugetul naţional şi
cofinanţat de către Universitateă Tehnică de Construcţii Bucureşti.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Cuvânt înainte 3
CUVÂNT ÎNAINTE
Teza de doctorat intitulată ”Impactul materialelor compozite utilizate în
construcţii” a fost realizată în cadrul Departamentului de Hidraulică şi Protecţia
Mediului a Facultăţii de Hidrotehnică, Universitatea Tehnică de Construcţii
Bucureşti, unde am fost admisă ca doctorand în perioada 2010-2013.
Tema prezentei lucrări a luat naştere plecând de la problemele de mediu
produse de gazele cu efect de seră și schimbările climatice care apar în urma
eliberări acestora în atmosferă.
Necesitatea elaborării unor materiale noi şi a unor tehnologii neconvenţionale a
fost determinată nu numai de motive economice şi sociale, dar şi de faptul că în
condiţiile dezvoltării exponenţiale a producţiei, a apărut o criză foarte puternică
de surse de materii prime şi energetice, odată cu creşterea agresiunii oamenilor
faţă de mediul înconjurător.
Scopul principal al tezei de doctorat l-a constituit elaborarea unui model pentru
determinarea amprentei de carbon funcţie de energia consumată pentru
producerea anumitor elemente de construcţie.
Doresc sa multumesc calduros şi să-mi exprim întreaga recunoştinţă şi stima
faţa de domnul profesor doctor inginer Ioan BICA, care, în calitate de
conducător ştiinţific mi-a acordat un sprijin deosebit pe parcursul pregătirii şi
susţinerii examenelor şi rapoartelor de cercetare, în perioada elaborări tezei de
doctorat şi în activitatea mea profesională.
Mulţumesc în mod special domnului conf. dr. ing. Alexandru DIMACHE și
domnului sef lucrări dr. ing. Iulian IANCU, atât pentru sprijinul şi înţelegerea
acordată în vederea realizării acestei lucrări cât şi pentru îndrumarea ştiinţifică
competentă pe parcursul programului de doctorat.
Mulţumesc membrilor Departamentului de Hidraulică şi Protecţia Mediului din
cadrul Universităţii Tehnice de Construcţii Bucureşti, in special domului prof.
dr. ing. Liviu HASEGAN si dlui. prof. dr. ing. Virgil PETRESCU pentru
observaţiile şi aprecierile făcute cu ocazia prezentărilor referatelor şi
examenelor de doctorat, pentru increderea si suportul moral acordat.
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 4
Mulţumesc distinşilor membri ai Comisiei de Doctorat pentru bunăvoinţa si
răbdarea cu care mi-au analizat teza, pentru acceptul de participare în Comisia
de susţinere a tezei şi pentru observaţiile si sugestiile acordate.
Doresc sa multumesc tuturor profesorilor, specialistilor, colegilor, partenerilor
şi prietenilor cu care am interactionat de-a lungul anilor şi care au contribuit la
formarea mea profesională.
În final doresc să mulţumesc familiei, în special surori mele Aura NICOLAE
pentru sprijinul constant, înţelegerea şi răbdarea de care a dat dovadă în toată
această perioadă de timp.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Cuprins 5
CUPRINS
Cuvânt înainte .......................................................................................................................... 3
1. Introducere ...................................................................................................................... 12
1.1. Problematica impactului materialelor compozite asupra mediului şi factorului uman
13
2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile .................................................... 15
2.1. Conceptul de material compozit ................................................................................ 15
2.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării materialelor compozite ................................... 17
2.3. Diversitatea materialelor ........................................................................................... 19
2.3.1. Clasificarea materialelor compozite .................................................................. 21
2.3.2. Caracterul interdisciplinar al materialelor compozite ........................................ 22
2.4. Utilizarea materialelor compozite ............................................................................. 23
2.4.1. Domeniul construcției automobilelor ................................................................ 24
2.4.2. Domeniul construcţiilor navale .......................................................................... 24
2.4.3. Domeniul aerospaţial ......................................................................................... 25
2.4.4. Domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor ....................................................... 25
2.4.5. Domeniul medical .............................................................................................. 25
2.4.6. Domeniul chimic ................................................................................................ 26
2.4.7. Domeniul sport – agrement ................................................................................ 26
2.4.8. Domeniul construcțiilor ..................................................................................... 26
3. Structura materialelor compozite ................................................................................. 30
3.1. Alcătuirea materialelor compozite ............................................................................ 30
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 6
3.2. Matricea structurală a materialelor compozite .......................................................... 31
3.2.1. Funcţiunile matricei structurale ......................................................................... 32
3.2.2. Clasificarea materialelor compozite în funcţie de matricea structurală ............. 33
3.3. Armătura.................................................................................................................... 34
3.4. Funcţiile îndeplinite de fibre ..................................................................................... 36
3.4.1. Alura armăturii ţesute ........................................................................................ 37
4. Ciclul de viaţă al materialelor ....................................................................................... 40
4.1. Introducere ................................................................................................................ 40
4.2. Metode de evaluare a ciclului de viata ...................................................................... 53
5. Determinarea amprentei de carbon în ciclul de viață al materialelor de construcție
64
5.1. Concept şi modalităţi de calcul ................................................................................. 64
5.1.1. Gazele cu efect de seră ....................................................................................... 66
5.1.2. Efectul de seră .................................................................................................... 68
5.2. Analiza amprentei de carbon pe durata vieţii în cazul paletelor eoliene realizate din
materiale traditionale şi compozite ...................................................................................... 69
5.3. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru fiecare
etapă din ciclul de viaţă al unei palete eoliene ..................................................................... 76
5.3.1. Producerea materialelor componente ale unei palete eoliene ............................ 80
5.3.2. Fabricarea paletei eoliene .................................................................................. 82
5.3.3. Transportul paletei eoliene ................................................................................. 83
5.3.4. Post-utilizarea paletei eoliene ............................................................................ 84
5.4. Concluzii ................................................................................................................... 85
5.4.1. Paleta eoliană din lemn ...................................................................................... 86
5.4.2. Paleta eoliană din aluminiu ................................................................................ 90
5.4.3. Paleta eoliana din oțel ........................................................................................ 94
5.4.4. Paleta eoliană din fibră de sticlă ........................................................................ 95
5.4.5. Paleta eoliană din fibră de carbon ...................................................................... 98
6. Evaluarea impactului materialelor de construcții asupra mediuluiError! Bookmark
not defined.
6.1. Analiza parametrică a impactului generat de fiecare tip de material ...................... 100
6.1.1. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru
fiecare etapa din ciclul de viaţă al unei grinzi ................................................................ 100
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Cuprins 7
6.1.2. Concluzii .......................................................................................................... 129
6.2. Analiza multicriterială a impactului generat de fiecare tip de material .................. 130
6.2.1. Criteriile tehnice............................................................................................... 130
6.2.2. Criterii economice ............................................................................................ 131
6.2.3. Criterii de mediu .............................................................................................. 132
6.2.4. Sănătatea umană............................................................................................... 132
6.2.5. Elaborarea matricei de performanţă ................................................................. 133
6.2.6. Concluzii privind matricea de performanţă ..................................................... 142
6.3. Inventarierea formelor de impact generat de tipul materialului utilizat pe perioada
fabricarii şi punerii în operă ............................................................................................... 143
7. Concluzii ........................................................................................................................ 147
7.1. Elemente originale ale tezei .................................................................................... 149
7.2. Direcţii de cercetare pentru viitor............................................................................ 150
Bibliografie ........................................................................................................................... 151
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 8
Lista figurilor:
Figura 2.1. Proprietăți ale materiualelor composite ................................................................. 20
Figura 2.2. Domenii de utilizare a materialelor compozite ..................................................... 23
Figura 2.3. Diferite tipuri de materiale composite .................................................................. 27
Figura 2.4. Diferite tipuri de țesături ...................................................................................... 27
Figura 2.5. Materiale din fibre de sticlă scurte ....................................................................... 28
Figura 2.6. Evidențierea fibrelor de roving din fibre de sticlă ................................................. 28
Figura 2.7. a. Țesătură din Kevlar; b. benzi din Kevlar ........................................................... 28
Figura 2.8. Benzi din fibre de carbon cu lățimea de 4 cm ...................................................... 29
Figura 3.1. Structura materialului compozit ............................................................................ 30
Figura 3.2. Alcatuirea materialelor compozite ........................................................................ 31
Figura 3.3. Materialele de armare ............................................................................................ 35
Figura 3.4. Armatura ................................................................................................................ 37
Figura 3.5. Alura armaturii tesute ............................................................................................ 38
Figura 4.1. Obiectivul analizei ciclului de viaţă ...................................................................... 41
Figura 4.1. Ciclul de viata al materialelor................................................................................ 48
Figura 4.2. Ciclul de viaţă al produsului .................................................................................. 53
Figura 5.1. Schema de evaluare a ciclului de viață .................................................................. 70
Figura 5.2. Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliana. .................................... 71
Figura 5.3. Greutatea paletelor eoliene din diferite tipuri de materiale ................................... 73
Figura 5.4. Comparație între paletele eoliene în funcție de preț/kg de material ..................... 73
Figura 5.5 Producerea materialului .......................................................................................... 81
Figura 5.6 Fabricarea paletei eoliene ....................................................................................... 82
Figura 5.7 Transportul paletei eoliene ..................................................................................... 83
Figura 5.8. Post utilizarea paletei eoliene ................................................................................ 84
Figura 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene
.................................................................................................................................................. 85
Figura 5.10. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din lemn ............................. 87
Figura 5.11. Realizarea eco-auditului prin intermediul programului CES EduPack ............... 87
Figura 5.12. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu ....................... 92
Figura 5.13. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu ....................... 93
Figura 5.12. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din oțel ......................................... 95
Figura 5.13. Fluxul tehnologic de realizare a fibrei de sticlă ................................................... 96
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Cuprins 9
Figura 5.14. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de sticlă .......................... 97
Figura 5.15. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de carbon ....................... 99
Figura 6.1. Concluzii privind totalul crirteriilor .................................................................... 142
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 10
Lista tabelelor:
Tabel 3.1.Caracteristicile generale ale fibrelor ........................................................................ 36
Tabel 4.1. Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile ............................ 58
Tabel 5.1. Impactul gazelor cu efect de seră ............................................................................ 68
Tabel 5.2. Tipuri de palete eoliene ........................................................................................... 72
Tabel 5.3. Coeficienti privind consumul de energie din timpul transportului ......................... 75
Tabel 5.4. Caracteristicile materialelor din care sunt realizate paletele eoliene ...................... 76
Tabel 5.5. Comparație între paletele eoliene din diferite materiale (lemn, aluminiu, oțel, fibră
de sticlă și fibră de carbon în funcție de dimensiuni, greutate și preț) ..................................... 80
Tabel 5.6. Energia consumată și CO2 degajat pentru producerea materialului ....................... 80
Tabel 5.7. Energia consumată și CO2 degajat pentru fabricarea paletei eoliene .................... 82
Tabel 5.8. Energia consumată și CO2 degajat pentru transportul paletei eoliene ................... 83
Tabel 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pentru post utilizarea paletei eoliene .............. 84
Tabel 5.10. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene
.................................................................................................................................................. 85
Tabel 5.11. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din
lemn.......................................................................................................................................... 88
Tabel 5.12. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din
aluminiu. .................................................................................................................................. 93
Tabel 6.1. Determinarea dimensinilor, greutatii si pretului pentru grinda realizata din lemn,
aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton ........................................................ 102
Tabel 6.2. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 4 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm ............................................................................................................................. 103
Tabel 6.3. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 5 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm ............................................................................................................................. 106
Tabel 6.4. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 6 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm .......................................................................................................................... 109
Tabel 6.5. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 7 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm ............................................................................................................................. 112
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Cuprins 11
Tabel 6.6. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 8 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm ............................................................................................................................. 115
Tabel 6.7. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 9 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm
si 30 N/mm ............................................................................................................................. 118
Tabel 6.8. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si
amprenta de carbon pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, hotel, fibra de sticla, fibra de
carbon si beton cu deschideri de 10 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25
N/mm si 30 N/mm ................................................................................................................. 121
Tabel 6.1. Ponderile direct exprimate .................................................................................... 134
Tabel 6.2. Matricea de performanță ....................................................................................... 136
Tabel 6.3. Matricea de performanță ....................................................................................... 137
Tabel 6.4. Substante daunătoare şi efectul lor asupra sănătăţii .............................................. 139
Tabel 6.5. Matricea de performantain cazul materialelor comaprate .................................... 140
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 12
1. INTRODUCERE
Obiectul prezentei teze de doctorat îl constituie evidenţierea impactului generat de
utilizarea materialelor compozite asupra mediului.
Lucrarea conţine 7 capitole şi conţine 157 pagini, 34 figuri, 27 tabele, ecuaţii
numerotate precum şi bibliografia utilizată la elaborarea sa.
În capitolul 1 se face prezentarea generală a conţinutului tezei şi se justifică
oportunitatea lucrării.
Capitolul 2 este destinat evoluția tehnicii în domeniul ingineriei civile prin
evidenţierea principalelor avantaje şi dezavantaje ale folosirii materialelor compozite şi prin
detalierea domeniilor de utilizare ale acestor materiale.
În capitolul 3 este descris materialul compozitului ca sistem multifazic fiind detaliate:
matricea structurală, metodele de armare şi interfaţa armătură – matrice. În acest capitol este
detaliată alcatuirea materialelor compozite, precum şi principalele categorii de materiale
compozite, armate cu particule şi armate cu fibre.
În capitolul 4 se prezintă etapele şi metodele de analiza ale ciclului de viaţă al
materialului compozit prin sublinierea principiilor dezvoltării durabile şi prin referire la
programe, produse şi proiecte prin intermediul carora se evalueaza impactul asupra mediului.
În capitolul 5 se defineşte, exemplifică şi explică amprenta de carbon pe baza
consumului de energie pentru fiecare etapa din ciclul de viata a cinci tipuri de materiale:
lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă şi fibră de carbon utilizate la fabricarea unei pale de rotor.
Capitolul 6 reprezintă un studiu amănunţit cu privire la evaluarea impactului generat
de utilizarea materialelor compozite si traditionale. Spre exemplificare s-a ales o analiza
parametrica reprezentată de construcția unor grinzi cu lungimi variabile astfel dimensionate
încât să reziste unor incarcari stabilite. Materialele utilizate pentru construcţia grinzilor sunt:
lemn, aluminiu, oțel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton. Tot în acest capitol se face o
analiză multicriterială a impactului generat de fiecare tip de material prin realizarea unei
matrici de performanţă, urmând ca în ultima parte a capitolului să se facă o inventariere a
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 1. Introducere 13
formelor de impact generat de tipul materialului utilizat pe perioada fabricării şi punerii în
opera
Capitolul 7 completează teza printr-o sinteză a lucrării, evidenţiindu-se contribuţiile
autorului. De asemenea, se fac propuneri privind dezvoltările ulterioare ale unor elemente ale
tezei.
Bibliografia de la sfârşitul tezei cuprinde lucrările consultate, precum şi lucrările
elaborate de autor pe parcursul activităţii sale didactice şi profesionale.
1.1. Problematica impactului materialelor compozite asupra mediului şi
factorului uman
Ameliorarea din punct de vedere cantitativ şi calitativ a impactului materialelor
compozite asupra mediului si factorului uman, este o problemă de actualitate, iar atingerea
acestui deziderat se poate face doar prin luarea unor măsuri corecte de reducere sau
eliminarea ale efectelor negative.
În conformitate cu nevoile mereu crescânde de materii prime şi cu preocuparile de
reducere a preţurilor, acesta lucrare este orientata asupra comparării materialelor tradiționale
cu materialele compozite în vederea evaluarii impactului asupra mediului, precum și de a
oferi îndrumări cu privire la modul în care să se minimizeze acest impact .
Materialele tradiționale se obţin din resurse limitate, prin procese puternic poluante,
energo-intensive şi cu emisii de substanţe poluante. Prelucrarea acestor materiale este uneori
dificilă, necesitând echipamente şi procese complexe. De obicei, materialele tradiționale
prezintă o instabilitate chimică, suferind procese de coroziune sau degradare semnificativă în
timp. Biodegradabilitatea materialelor tradiționale ridică probleme importante în contextul
unei dezvoltări durabile.
În acest context se pune accent pe proiectarea de materiale cu cost de producere
scăzut prin tehnologii simple, cu emisii minime de substanţe poluante. In ţările dezvoltate şi
în curs de dezvoltare se înregistreaza deja o tendinţă pe termen lung de reducere a cererii
pentru produsele din industriile cosumatoare de materii prime, o dată cu epuizarea stocurilor
de materii prime utilizate. Astfel, reducerea consumului de materiale prime devine un
element esenţial al tehnologiilor de fabricaţie din aceste ţări. Totodată, invenţiile tehnlogice şi
progresul tehnic înregistrat în aproape toate ramurile industriale, manifestă nevoia folosirii
materialelor tot mai uşoare, mai rezistente şi mai durabile. Însă, se ridică problema
consumului mare de energie înglobată în producerea acestor materiale, dar şi al preţului de
multe ori prea ridicat al tehnologiilor de realizare.
Materialele compozite reprezintă un teritoriu nou. Toate domeniile au impulsionat
activitatea de cercetare, proiectare şi producţie, impunând performanţe extrem de înalte, fapt
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 14
justificat de competiţia acerbă din aceste domenii. Modalitatile multiple de procese de
fabricaţie, aplicaţiile inedite, problemele ridicate de optimizarea procesului de fabricaţie prin
considerarea reducerii consumului de energie si implicit reducerea poluării, constituie factori
care fac din materialele compozite o etapa fascinantă a ştiinţei şi tehnicii actuale.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 15
2. MATERIALELE COMPOZITE ÎN
DOMENIUL INGINERIEI CIVILE
2.1. Conceptul de material compozit
Evoluția tehnicii în domeniul ingineriei civile a fost și este posibilă concomitent cu
apariția de materiale și tehnologii noi, cu promovarea unor sisteme structurale superioare și
cu capacitatea de utilizare a procedeelor complexe de analiză și calcul analitic.
Materialele compozite încorporează toate calitățile menționate mai sus, ele
reprezentând viitorul în domeniul ingineriei civile.
Conceptul de material compozit permite ca noul să poată fi strict dirijat spre rezultate
dinainte aşteptate, cât şi crearea unor materiale cu anumite proprietăţi impuse, astfel ca
parametrii tehnici ai unui element să fie satisfăcuţi prin calităţile unui material special creat
pentru aceasta (Ţăranu ş.a.1992).
Din categoria materialelor compozite fac parte o clasă foarte vastă de materiale. Acest
lucru este determinat de faptul că posibilităţile de transformare a constituenţilor de bază, a
tehnicilor de „asamblare” şi de fabricare, a nivelului de performanţă şi a costului sunt practic
infinite.
Conceptul de material compozit se considera a fi vechi şi nou în acelaşi timp.
Noţiunea de vechi se justifică prin faptul că materialele compozite au fost utilizate încă din
antichitate, cunoscându-se că prin combinarea mai multor materiale se obţin materiale cu
proprietăţi superioare. Este nou pentru că dorinţa explorării spaţiului a readus problema în
actualitate, pe altă spirală a dezvoltării şi cu implicaţii în mult mai multe domenii (Isopescu
1995).
Analiza istoricului materialelor compozite este evidențiată de implicarea omului
primitiv în utilizarea resurselor naturale ale pământului. Este cunoscut că, în anumite
împrejurări, combinarea a două sau mai multe materiale de natura diferita, poate avea
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 16
rezultate mai bune decât în cazul utilizării materialelor unitare ceea ce justifica apariția şi
evoluția materialelor compozite.
Fortat de instinctele sale primare să folosească o piatră pentru a lovi un inamic, omul
primitiv şi-a dat seama că aceiaşi piatră legată de o bucată rezistentă de lemn, poate fi folosită
mai eficient. De asemena, se pare că unele materiale compozite preistorice au luat naştere din
impulsuri artistice de moment, nefiind rodul unei decizii impuse de funcţii specific
planificate.
Întrucât în culturile preistorice s-au folosit materiale de origine organică, precum
lemn, fibre naturale, seminţe, coji, oase, frunze de copac etc., multe din aceste compozite au
dispărut datorită caracterului lor biodegradabil. Totuşi unele structuri de lemn au reuşit să
supravieţuiască în regiunile cu climă uscată. Câteva statuete de lemn, vechi de mii de ani,
sunt păstrate într-un muzeu din Cairo.
Urme ale utilizării materialelor compozite se gasesc la Muzeul Britanic din Londra,
unde este expus un vas de depozitare din perioada merovingienilor – anul 900 d.H. , iar
pe teritoriul Scoţiei s-a gasit un vas realizat dintr-un material format din fibră de sticlă întărită
cu o răşină, ceea ce ar corespunde astăzi unui compozit de tip răşină epoxidică întărită cu
fibră de sticlă.
În secolul al XIX-lea vergelele de fier erau folosite pentru zidărie, punându-se bazele
materialelor armate pentru construcţii.
Prima ambarcaţiune din fibră de sticlă a fost realizată în 1942 şi de asemenea, la acel
timp, acest material a fost utilizat în aeronautică şi pentru componentele electrice.
Primele fibre de bor şi de carbon, cu rezistenţă mare la rupere, au apărut la sfârşitul
anului 1960, fiind aplicate în materialele avansate folosite la componente de avion, prin anul
1968. Materialele compozite cu matrice metalică au fost introduse în 1970. Dupont a
realizat fibrele de Kevlar (sau aramid) în 1973.
La sfârşitul anilor ‘70 materialele compozite s-au extins în aeronautică, la automobile,
articole sportive, medicină şi multe alte ramuri ale industriilor existente.
Sfârşitul anilor 1980 a marcat o creştere semnificativă în utilizarea materialelor cu
fibre având modul de elasticitate ridicat şi astfel s-au dezvoltat materiale care să răspundă
cerinţelor funcţionării, deci s-a introdus conceptul de proiectare a materialului plecând de la
cerinţele tehnice ale produsului.
Posibilitatea utilizării compozitelor la reabilitarea structurilor inginereşti este tot mai
des întâlnită în ţări cum ar fi S.U.A., Japonia şi în ultimii ani şi în ţări din Europa.
În S.U.A au fost iniţiate o serie de programe de cercetare-dezvoltare, care au urmărit
consolidarea stâlpilor, în special la podurile din beton armat. Până în 1989 s-au consolidat
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 17
peste 1.300 de poduri. Tehnicile de consolidare nu s-au oprit doar la folosirea oţelului şi a
betonului, clasificate de ingineri ca fiind materiale tradiţionale, ci s-au extins şi din 1990 au
început să fie folosite CPAF-urile (compozitele polimerice armate cu fibre) sub diferite
forme: bare, platbande, membrane, ţesături, toroane, etc. Contribuţii însemnate în studiul
consolidărilor cu CPAF au fost aduse şi de: Mirmiran , Saadatmanesh, Xiao , Nanni , ş. a.
În Europa, studiile efectuate de Hollaway, Täljsten, Meier, Triantafillou ş.a. au
evidenţiat posibilitatea şi avantajele folosirii compozitelor polimerice armate cu fibre(CPAF)
la reabilitarea şi consolidarea zidăriilor, grinzilor şi stâlpilor din beton simplu şi beton armat.
În ţara noastră studii experimentale şi analitice legate de consolidarea utilizând CPAF
au fost realizate de Nicolae Ţăranu , Alexandru Secu, Traian Oneţ, Valeriu Stoian ş.a.
2.2. Avantajele şi dezavantajele utilizării materialelor compozite
Principalele avantaje ale compozitelor polimerice armate cu fibre (CPAF) în raport cu
materialele tradiţionale/naturale s-ar evidenţia printr-o serie de proprietăţi cum ar fi:
- greutate redusă;
- masă volumică mică în raport cu metalele (compozitele cu răşini epoxidice armate cu
fibre de Si, B, C au masă volumică sub 2 g/cm3);
- raport bun rezistenţă-greutate;
- rezistenţă sporită după direcţia de orientare a fibrelor;
- rezistenţă la variaţii de temperatură atmosferică;
- rezistenţă la tracţiune sporită (compozitul Kevlar are rezistenţa la tracţiune de două
ori mai mare decât a sticlei);
- stabilitate dimensională;
- raportul favorabil R/ρ (rezistenţă la întindere/densitate) şi E/ρ (modul de
elasticitate/densitate);
- proiectare dirijată a proprietăţilor – pot fi proiectate şi fabricate astfel încât să
raspundă unor cerinţe impuse. Pentru a obţine aceste proprietăţi dorite şi dirijate,
proiectantul are la dispoziţie:
alegerea constituienţilor (tipul de matrice şi de fibră) ;
fracţiunile volumetrice ale fibrei şi ale matricei :
procedeul de fabricaţie ;
orientare fibrelor .
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 18
- rezistenţă la oboseală foarte bună – mecanismele de deteriorare la oboseală sunt mult
mai complexe şi se produc însoţite de absorbţie mare de energie ;
- rezistenţă la coroziune – este dată de rezistenţa la coroziune a matricelor; pentru
fiecare grup de agenţi corozivi se poate găsi un anumit tip de polimer care să fie
suficient de rezistent ;
- non-conductivitatea (izolarea) electrică – în staţii de transformare unde pericolul de
electrocutare se reduce drastic prin folosirea materialelor compozite ;
- stabilitate dimensională la acţiuni termice – în mod obişnuit toate materialele se dilată
la încălzire şi se contractă la răcire; deoarece fibrele au coeficient de dilatare termică
liniară foarte diferiţi de cei ai matricei (pot avea coeficenţi de dilatare termică negativi
şi pozitivi) se pot proiecta în cazul situaţiilor critice materiale compozite cu
coeficienţi de dilatare termică foarte mici sau chiar nuli ;
- prezintă o aderenţă ridicată la materiale cum ar fi beton, cărămidă, piatră, lemn etc.;
- formabilitatea – capacitatea materialului de a fi utilizat în forme şi elemente
complicate ;
- transparenţa magnetică – se proiectează adăposturi pentru echipamentul radar, în
medicină ;
- sunt materiale ecologice, uşor de transportat şi de instalat.
- rezistenţă la impact foarte bună;
- rezistenţă la şoc ridicată;
- capacitate mare de amortizare a şocurilor şi a vibraţiilor;
- foarte bune izolatoare atât electric cât şi fonic;
- consum energetic scăzut în faza de fabricare, în comparaţie cu metalele;
- stabilitate termică şi rezistenţă mare la temperatură ridicată (fibrele de Kevlar, teflon,
Hyfil sunt stabile până la 500° C, iar fibrele ceramice tip SiC, Si3Ni4, Al2O3 sunt
stabile până la 1400° C - 2000° C
- durată mare de viaţă;
- durabilitate mare în funcţionare (în aceleaşi condiţii de funcţionare, 1 kg de Kevlar
înlocuieşte 5 kg de oţel, la o durată egală de funcţionare);
- siguranţă mare în funcţionare (ruperea unei fibre dintr-o piesă din compozit nu
produce o amorsă de rupere a piesei, ca în cazul materialelor clasice);
- coeficient de dilatare mic în raport cu metalele;
- design plăcut, etc.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 19
Dar cu toate aceste avantaje, materialele compozite au şi unele dezavantaje care
trebuie luate în calcul şi minimizate pe cât posibil:
- sunt mult mai scumpe decât materialele tradiţionale – folosirea nu trebuie facută
nejustificat, ci numai în cazul folosirii la capacităţile lor reale;
- nu prezinta ductilitate – materialele compozite au comportare linear elastică până la
rupere;
- la temperaturi ridicate au un comportament deficitar – toate materialele bazate pe
polimeri au o aşa numită temepratură de tranziţie în care rezistenţa şi modulul de
elasticitate al compozitului scad brusc, deci este periculoasă folosirea acestor
materiale peste temperatura de tranzit;
- toate materialele organice ard, sunt combustibile, dar lângă această problemă apare
şi cea a toxicităţii fumului pe care îl degajă. Se pot pune întârzietori de ardere dar
aceştia modifică proprietăţile mecanice ale compozitului.
2.3. Diversitatea materialelor
Materialele compozite sunt primele materiale a căror dispunere structurală internă o
concepe omul, atât prin înlănţuirea lor moleculară, cât şi prin direcţii preferenţiale,
conferindu-le în acest fel rezistenţe favorabile, net superioare celor ale componentelor lor. (V.
Teleabă 2008)
Priorităţile de cercetare din domeniul materialelor compozite sunt:
- reducerea consumului de energie pentru procesele de obţinere;
- minimizarea impactului asupra mediului;
- asigurarea necesarului de materiale pentru o populaţie în curs de dezvoltare.
Obținerea materialelor compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice
şi economice, între care amintim:
- necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atins de
materialele tradiţionale;
- necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi
instalaţii;
- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;
- posibilitatea reducerii consumurilor de manoperă şi a reducerii duratelor tehnologice
de fabricaţie.
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 20
Figura 2.1. Proprietăți ale materiualelor compozite
Materialele compozite au caracteristici și performanțe net superioare comparativ cu
materialele tradiționale. Proprietăţile superioare ale acestor materiale le recomandă pentru
utilzarea într-o gamă variată de aplicaţii.
Materialele compozite se realizează din polimeri, aceştia având urmatoarele
proprietăţi:
- prezintă o rezistenţă chimică bună,
- proprietăţi mecanice deosebite,
- au densitate mică, ceea ce facilitează prelucrabilitatea, manipularea şi transportul
acestora,
- sunt impermeabili faţă de apă, solvenţi organici şi gaze.
De subliniat este faptul că proprietăţile polimerilor pot fi controlate prin sinteză şi
adaptate aplicaţiei.
Ca urmare a dorinţei de a continua procesul de dezvoltare tehnologică, prin utilizarea
unor materiale cu proprietăţi net superioare şi posibil de realizat prin procedee şi tehnologii
alternative, eficiente şi nepoluante există preocupări majore pentru realizarea de materiale
compozite performante.
În contextul dezvoltării durabile, se va face referinţă la un anumit tip de produse:
materialele compozite.
Materialele compozite sunt materiale heterogene cu minimum două componente cu
proprietăţi diferite separate de bariere structurale bine definite, care se completează
reciproc, rezultând un material cu proprietăţi superioare. (Koncsag C , 2010)
La realizarea materialului compozit se profită de efectele sinergice care apar la
îmbinarea celor două faze datorită interacţiunilor fizice şi chimice dintre ele. De exemplu, din
două materiale se poate realiza un material nou care să aibă proprietăţi mecanice mai bune
decât ale fiecărui material în parte; dacă cele două materiale sunt uşoare, poate rezulta un
material cu rezistenţă la şoc, rezistent la tracţiune, cu modul de elasticitate mare, aceste
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 21
caracteristici mecanice fiind apropiate de ale oţelului în condiţiile în care materialul compozit
are o greutate de 2-3 ori mai mică decât a oţelului. Un astfel de material şi-ar găsi
întrebuinţare în industria auto, aeronautică, sau în construcţii.
2.3.1. Clasificarea materialelor compozite
Din punct de vedere al domeniului de utilizare, materialele compozite pot fi
clasificate astfel:
Materialele structurale sunt statice (în timpul utilizării nu îşi modifică poziţia sau
forma), au proprietăţi prestabilite (ex: materiale ultrauşoare, cu proprietăţi mecanice
superioare celor existente). Ele au o destinaţie precisă, trebuind ca în timpul funcţionării să
suporte sarcini (în construcţii - la confecţionarea de acoperişuri, podele, scări - sau în
industria aviatică - la confecţionarea fuselajelor avioanelor). Ele reprezintă variante
superioare ale materialelor clasice iar eforturile cercetătorilor se îndreaptă spre îmbunătăţirea
continuă a performanţelor lor şi scăderea costurilor materiale şi energetice, fără ca aspectul de
sustenabilitate să fie prioritar. Materialele structurale polimerice sunt realizate în general cu
răşină termosetată. Există şi materiale non-structurale, realizate tot cu răşini, dar care nu
trebuie să susţină sarcini în timpul fucţionării lor; din ele se realizează uşi, panouri
decorative, tapet.
Materialele inteligente sunt materiale dinamice atât în ceea ce priveşte activitatea
(sunt înglobate în sisteme dinamice) cât şi forma acestora. Ele se comportă atât ca senzorul
cât şi ca elementul de execuţie dintr-un sistem automat. În general, exploatează fenomenul de
piezoelectricitate în ambele sensuri. Cele mai performante sunt materialele inteligente
intrinseci: ele furnizează autodiagnostic şi se pot autorepara.
Materialele cu gradient funcţional sunt materiale care demonstrează calităţi
distincte în puncte sau pe direcţii diferite. Compoziţia materialului poate fi astfel proiectată
încât să fie optimizate anumite proprietăţi locale. De exemplu, materialul are un înveliş dur,
cu mare rezistenţă mecanică la impact, pe când interiorul este ductil pentru a nu fi
sfărâmicios. Multe materiale cu gradient funcţional sunt de asemenea materiale
multifuncţionale, adică materiale care realizează mai mult de un obiectiv: structură superioară
+ sensibilitate la stimuli, structură superioară + protecţie balistică, structură superioară +
capacitate de autoreparare, sau structură superioară + conducţie de căldură. De exemplu, un
material compozit polimeric tradiţional se introduce într-un înveliş metalic, creându-se un
material de construcţie care este de asemenea un bun mediu pentru propagarea undelor de
diferite frecvenţe.
Biomaterialele sunt realizate din resurse biologice de origine microbiană, vegetală
sau animală. Uneori materialul este realizat integral din materiale de origine biologică. De
exemplu, matricea poate fi realizată dintr-o răşină naturală sau poate fi un liant de origine
animală sau vegetală, iar umplutura poate fi constituită din fibre naturale. Alteori, numai unul
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 22
din cele două componente este natural, celălalt fiind obţinut pe cale sintetică, de exemplu
polipropilena armată cu fibră de cânepă. Acestea sunt materiale hibride. Este mai răspândită
utilizarea termenului de ”biomaterial” în sensul de material biocompatibil, material de uz
medical (de exemplu material pentru proteze osoase compatibil cu ţesutul viu în care se face
implantul). De aceea, pentru a nu se face confuzie, vom denumi cu un alt termen materialele
realizate din surse biologice, chiar daca termenul este mai lung: „materiale din resurse
regenerabile”.
Materialele autocompozite sunt alcătuite din două faze cu aceeaşi compoziţie
chimică dar cu forme de cristalizare diferite. De exemplu există materiale carbon- carbon
alcătuite din filamente de grafit pe care se depun straturi succesive de carbon rezultat la
piroliza în vid a hidrocarburilor; rezultă materiale rezistente la şoc mecanic, rezistente la
coroziune, cu înaltă conductivitate termică şi totodată foarte uşoare. De asemenea,
polipropilena supusă unui anumit tratament termic se separă în două faze, amorfă şi
cristalină, a căror interfaţă este vizibilă numai la scară microscopică şi se obţine un material
dur, cu mare rezistenţă la şoc, propice construirii de saşiuri.
2.3.2. Caracterul interdisciplinar al materialelor compozite
Baur și Silverman au analizat provocările și oportunitățile din industria aerospațială
utilizand structuri nanocompozite multifuncționale, în timp ce Ye şi al. analizat evolutia
inteligentei artificiale aplicata tot in industria aerospatiala. Prin definiție, un material
multifuncțional trebuie să fie un compozit, și este din ce în ce în ce mai evident că materialele
nanostructurale pot produce și spori multifuncționalitate în moduri în care compozitele
conventionale nu pot. De exemplu, Thostenson et al. i Chou et al. u analizat recentele
progrese legate de știința și tehnologia nanotuburilor de carbon și a compozitelor lor; Breuer
și Sundararajau efectuat studii recente pe polimerii compoziti din nanotuburile de carbon; Li
et al. au supravegheat progresele recente legate de utilizarea nanotuburilor de carbon ca
senzori și actuatori (pt motoare electrice), în timp ce Gibson et al. au analizat publicațiile
recente ce studiază vibratiile nanotuburilor de carbon și ale compozitelor acestora, iar Sun et
al. u elaborat un articol in care sunt descrise tipurile de absorbție a energiei în
nanocompozite.
Cu adaosuri foarte mici de carbon in nanotuburi, polimerii non-conductori și polimeri
compoziti pot fi transformati in materiale conductoare, sporind astfel multifuncționalitatea
lor. În consecință, Bauhofer și Kovacs au dezvaluit cercetari relevante cu privire la
filtrarea/precolarea electrica in nanotub de carbon polimer compozit. Modelarea și analiza
materialelor cu gradient funcțional (FGM) au fost analizate de către Birman și Byrd.
Domeniul de monitorizare a sănătății structurale (capacitatea dea autovindecare a materialului
,,structural health”) (SHM) este extrem de relevant, Montalvao et al. analizeaza vibratiile pe
baza SHM a materialelor compozite, în timp ce un studiu similar cu accent pe identificarea
delaminarii materialelor compozite a fost publicat de Zou et al.. Evoluțiile recente în ,,auto-
vindecarea” materialelor polimerice au fost analizate de către Wu et al.. Articolele privind
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 23
recoltarea de energie pentru rețele de senzori în SHM au fost elaborate de Park et al.
Materialele piezometrice sunt adesea utilizate pentru recoltarea de energie, publicații pe
această temă au fost elaborate de către Sodano et al., Anton și Sodano, și Cook-Chennault et
al. Analize referitoare la SHM privind studiul de polimeri cu memoria formei (SMP), precum
și comentarii privind recentele progrese in SMP au fost publicate de Ratna și Karger-Kocsis.
Gibson et al. editat Conferința tehnică intitulată '' Materiale multifuncționale: Sa lucram
Deștept Împreună ". Lau et al. au arhivat lucrări selectate din 2008 Conferința Internationala
privind Materiale multifuncționale și structurale (MFMS 08), care a avut loc in Hong Kong.
2.4. Utilizarea materialelor compozite
Datorită proprietăţilor specifice cât şi posibilităţilor de a adapta aceste proprietăţi la
condiţiile de exploatare, se constata ca utilizarea materialelor compozite are o sferă a
aplicaţiilor foarte largă, din schema următoare se constată că sunt prezente în toate domeniile
de activitate:
Figura 2.2. Domenii de utilizare a materialelor compozite
Din Figura 2.2 se observă că domeniul de utilizare a materialelor compozite este vast,
într-o societate dezvoltată, el acoperind practic toate sectoarele activităţii economice.
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 24
2.4.1. Domeniul construcției automobilelor
Unul dintre principalele domenii utilizatoare de materiale compozite este industria
constructoare de automobile şi maşini de construcţii. Cresterea consumului de materiale
compozite în acest domeniu este perfect justificată de calităţile mecanico-fizice şi de costul
lor scăzut, care conduc la avantaje substanţiale atât pentru producător cât şi pentru
consumator.
Principalele avantaje ale utilizării maerialelor compozite în domeniul auto sunt:
- scăderea greutăţii automobilului,
- scăderea costului de producţie,
- rezistenţa la coroziune,
- protecţia faţă de şocurile exterioare
- posibilitatea utilizării unei game largi de tehnologii,
- supleţe în utilizare,
- libertate de concepţie şi mobilitate,
- confort ridicat,
- siguranţă în exploatare,
- calităţi aerodinamice ale reperelor exterioare,
- obţinerea cu uşurinţă a unor suprafeţe complexe.
Dintre cele mai cunoscute componente realizate din materiale compozite amintim:
caroserii, aripi, capote, portiere, protecţii laterale, paraşocuri (materiale plastice armate cu
fibre de sticlă), arbori de transmisie, şasiuri şi suspensii (răşina epoxi+fibre de sticlă+fibre de
carbon; kevlar/carbon/răşină epoxi), bloc motor şi garnituri de chiulasă, tablouri de bord,
amenajarea interiorului automobilului.
2.4.2. Domeniul construcţiilor navale
Domeniul construcţiilor navale utilizează, de obicei, materiale compozite din poliester
armat cu fibre de sticlă.
Sistemele epoxi/fibre de sticlă şi poliester/fibre de Kevlar unt utilizate pentru
construcţii şi aplicaţii speciale
Cele mai cunoscute utilizări ale materialelor compozite sunt: şalupe, bărci, iahturi,
culegătoare de mine, nave de pescuit, submarine mici pentru cercetare, vapoare comerciale şi
militare.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 25
2.4.3. Domeniul aerospaţial
Este domeniul cu rata cea mai mare de utilizare de meteriale compozite. În acest
domeniu s-au folosit pentru prima aceste materiale. Prin calităţile şi caracteristicile
materialelor compozite s-a ajuns la simplificarea structurilor aerospaţiale. Construcţia
aerospaţială utilizează materiale, cum ar fi: fibrele de carbon, bor, aramidă, wiskers-urile,
materiale compozite metalice, polimerice şi ceramice. Compozitele din aliaje cu baza Ni, Co,
ranforsate cu fibre din carburi şi oxizi metalici sunt utilizate pentru componentele vitale care
funcţionează în regim termic ridicat ale turboreactoarelor şi rachetelor. Compozitele din
carbon ranforsat cu grafit şi matrice din răşini epoxidice (Kevlar, Hyfil) ale căror structuri
moleculare neregulate absorb undele radar sau le deviază se folosesc pentru scăderea
vulnerabilităţii avioanelor militare.
Cele mai cunoscute aplicaţii ale materialelor compozite sunt: structuri de aeronave şi
nave spaţiale, componente vitale ale motoarelor pentru rachete şi turboreactoare, măşti de
motor şi uşi, planoare şi machete de aeronave, tubulaturi de aer pentru bordul avioanelor.
Compozitele tip spumă denumite sintetice au o densitate foarte mică şi au aplicaţii importante
în instalaţii, echipamente aerospaţiale şi în exploatarea mediului marin la forarea de adâncime
mare.
2.4.4. Domeniul electronicii şi telecomunicaţiilor
Materialele compozite se folosesc la izolaţii de cabluri telefonice din polietilenă de
joasă şi înaltă tensiune, respectiv poliamide şi polisulfone. Totodată, pentru structurile de
rezistenţă ale sateliţilor de comunicaţii se folosesc structuri confecţionate din polietilenă
armată cu fibre de sticlă.
Deosebit de interesante şi cu o largă aplicabilitate sunt fibrele optice. Fibrele optice
reprezintă elementele principale ale tehnicii moderne de transmisie a informaţiei şi sunt fire
de sticlă de compoziţie specială, prin intermediul cărora se propagă undele luminoase
modulate. Realizări cunoscute: structurile de rezistenţă şi discurile antenelor la transmisiile
prin sateliţi, antenele tubulare, construcţiile pentru protecţia instalaţiilor radar.
2.4.5. Domeniul medical
Biomaterialele sunt substanţe sintetice, destinate implantării în organismul uman
datorită adaptabilităţii biologice, cum ar fi: proteze, organe artificiale, etc..
Printre exigenţele impuse biomaterialelor, în scopul implantării într-un mediu
fiziologic, pot fi enumerate:
- proprietăţi biochimice: puritate, inerţie biologică, stabilitate, rezistenţă la acţiunea
fluidelor din corp;
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 26
- proprietăţi fizice: rezistenţă, elasticitate, permeabilitate;
- proprietăţi mecanice: calităţi biologice, durabilitate, soliditate, fiabilitate.
Dintre cele mai cunoscute realizări în domeniu, amintim: proteze chirurgicale, organe
artificiale (piele artificială, transplan de plămâni, vase sanguine, implanturi dentare),
aparatură medicală electronică, elemente ajutătoare, atele, tuburi de drenaj, cărucioare.
2.4.6. Domeniul chimic
Materiale compozite prezintă rezistenţă deosebită la acţiunea produselor chimice,
durată mare de viaţă în exploatare, excelentă stabilitate dimensională la cald. Cel mai adesea
se întâlnesc materialele compozite la: unităţi de electroliză a clorurilor alcaline, reactoare
chimice, rezervoare şi ventilatoare, pompe, rezervoare de apă caldă, vane, piese rezistente la
coroziune, membrane, benzi şi piese de uzură, cisterne şi containere pentru produse
alimentare.
2.4.7. Domeniul sport – agrement
Răşinile epoxidice armate cu fibre sunt materialele cele mai utilizate în domeniul
sport-agrement. Exemple: schiuri, rachete de tenis şi badminton, undiţe, bastoane de golf,
biciclete şi motociclete, alte articole de sport – agrement (arcuri şi săgeţi, echipamente de
gimnastică sau atletism, căşti de siguranţă pentru competiţii sportive, etc.).În cadrul acestui
domeniu materialele trebuie să îndeplinească anumite cerinţe, cum ar fi:
- rigiditate adecvată
- flexibilitate şi elasticitate
- greutate scăzută
- capacitate de amortizare a vibraţiilor
- rezistenţă la îndoiri puternice
- rezistenţa la şocuri şi la oboseală
2.4.8. Domeniul construcțiilor
În acest domeniu materialele compozite s-au utilizat cu mult timp înainte de a se pune
problema definirii lor. Dintre aplicaţiile întâlnite în domeniul construcţiilor amintim:
- construcţii civile şi industriale: plăci plane, ondulate, cutate pentru pereţi şi
acoperişuri la hale industriale, sere, garaje şi copertine, acoperişuri tip cupolă cu
simplă sau dublă curbură, luminatoare, jgheaburi, elemente de faţadă, profile
pultrudate pentru pane, grinzi secundare şi principale, profile chesonate folosite la
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 27
stâlpi pentru construcţiile în medii cu agresivitate ridicată, adăposturi pentru refugii pe
munte, tâmplărie pentru uşi şi ferestre, construcţii pentru agrement;
- construcţii speciale: acoperişuri la rezervoare şi castele de apă, turnuri de răcire,
coşuri de tiraj, cuve şi rezervoare pentru lichide cu agresivitate ridicată, palete
eoliene;
- instalaţii sanitare: căzi de baie, cuve pentru duşuri, cabinete spaţiale de baie, conducte
şi racorduri pentru instalaţii;
- construcţii pentru transporturi: poduri pentru trafic pedestru şi autovehicule uşoare,
poduri mobile pentru acţiuni militare;
- îmbunătăţiri funciare: ţevi şi conducte pentru canale de irigaţii, vane, piese, accesorii
pentru sistemele de irigaţii.
Figura 2.3. Diferite tipuri de materiale composite
a.
b. c.
Figura 2.4. Diferite tipuri de țesături
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 28
a. ţesătură din fibre de sticlă bidirecţionale; b. ţesătură din fibre de carbon
unidirecţionale. c. ţesătură din fibre de sticlă unidirecţionale.
Figura 2.5. Materiale din fibre de sticlă scurte
Figura 2.6. Evidențierea fibrelor de roving din fibre de sticlă
a.
b.
Figura 2.7. a. Țesătură din Kevlar; b. benzi din Kevlar
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 2. Materialele compozite în domeniul ingineriei civile 29
Figura 2.8. Benzi din fibre de carbon cu lățimea de 4 cm
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 30
3. STRUCTURA MATERIALELOR
COMPOZITE
3.1. Alcătuirea materialelor compozite
Încercările de obţinere a unor noi materiale superperformante au condus la
dezvoltarea unei clase de produşi cunoscuţi sub denumirea de materiale compozite. (Lupescu
2004)
Materialele compozite sunt alcătuite în principal din:
- Materialul de armare (armătura);
- Matricea (masa de bază);
- Adaosuri tehnologice.
Figura 3.1. Structura materialului compozit
Materialele compozite conţin cel puţin o fază discontinuă denumită ranforsant sau
armătură înglobat într-o fază continuă (această fază continuă fiind cunoscută sub denumirea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 3. Structura materialelor compozite 31
de matrice), cu proprietăţi care depind de caracteristicile fizico-mecanice individuale, modul
de distribuţie, precum şi interacţiunea dintre faze. (Oprişan ş.a. 2000)
Un rol deosebit în stabilirea proprietăţilor compozitului ca sistem multifazic revine
regiunii de interfaţă. Conceptul de interfaţă defineşte limita comună a două faze şi reprezintă
o suprafaţă de separare a componenţilor dintr-un amestec existent ca faze distincte.
Figura 3.2. Alcatuirea materialelor compozite
a. faza continuă (matricea), b. faza dispersă (armătura), c. interfaţa
3.2. Matricea structurală a materialelor compozite
Matricea uneşte fibrele într-un corp, protejându-le de factori externi, transferând
tensiunile şi redistribuind eforturile la ruperea unor fire. Aceasta actionează ca un liant şi
leagă fibrele în pozitia dorită, dând integritatea structurală a materialului compozit. (Tsai ş.a.
1990)
Alegerea matricei se face în funcţie de scopul urmărit şi de posibilităţile de producere
a materialului compozit. Tehnologiile actuale presupun utilizarea a numeroase tipuri de
matrice: metalică, ceramică, organică.
Matricea materialelor compozite trebuie sa fie realizata dintr-un material ce are
capacitatea de a integra componenta dispersă fără a o distruge prin dizolvare, topire, acţiune
mecanică sau reacţie chimică. Matricea reprezintă partea deformabilă a materialului
compozit, natura ei conferind rezistenţa materialului compozit la temperaturi ridicate şi la
acţiunea corozivă a mediului. (Hollawey ş.a. 1998)
Matricea reprezintă o parte a materialului compozit care asigură atât transferul
solicitărilor exterioare la ranforsant, cât şi protecţia elementelor de ranforsare împotriva
distrugerilor mecanice şi prin eroziune.
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 32
3.2.1. Funcţiunile matricei structurale
Matricea îndeplineşte în compozit următoarele funcţiuni (Ţăranu ş.a.1992):
- stabileşte forma definitivă a produsului realizat din materialul compozit;
- înveleşte fibrele astfel încât să le protejeze atât în fazele de formare ale produsului cât
şi pe durata de serviciu;
- păstrează armăturile la distanţe corespunzătoare transmiterii eforturilor între faze prin
adeziune, frecare sau alte mecanisme de conlucrare;
- împiedică flambajul fibrelor, deoarece fără mediul de susţinere armătura nu este
capabilă să preia eforturi de compresiune;
- matricea constituie mediul de transmitere a eforturilor prin compozit astfel că, la
ruperea unei fibre, reîncărcarea celorlalte fibre se poate realiza prin contactul de la
interfaţă;
- asigură contribuţia principală la stabilirea rezistenţei şi rigidităţii în direcţia normală
pe fibre;
- permite redistribuirea concentrărilor de tensiuni şi deformaţii evitând propagarea
rapidă a fisurilor prin compozit;
- stabileşte continuitatea transversală dintre lamelele ansamblului stratificat;
- asigură compatibilitatea termică şi chimică în raport cu armătura.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 3. Structura materialelor compozite 33
3.2.2. Clasificarea materialelor compozite în funcţie de matricea structurală
cu matrice organică (polimerică)
Un polimer se defineşte ca fiind un
lanţ lung de molecule având una
sau mai multe unităţi de molecule
(monomeri) care se repetă, legate
împreună prin puternice legături
covalente. Un material plastic sau
polimeric este o colecţie formată
dintr-un mare număr de molecule
polimer cu structura chimică
similară, dar nu neapărat de aceeaşi
lungime.
UPR – răşini poliesterice
nesaturate
VER – răşini vinilesterice
ER – răşini epoxidice
PBR – răşini polibutadinice Polimeri termoreactivi (termorigizi)
reacţionează la temperaturi înalte cu
compuşi numiţi agenţi de reticulare
pentru a forma un produs reticulat
Policlorura de vinil (PVC)
Acrilonitrit-butadien-stiren
Polistirenul (PS)
Polipropilena (PP)
Polietilena cu densitate
redusă (PE)
Polimeri termoplastici
sunt compuşi organici, care apar în
formă granulară şi constau din
molecule liniare, care nu sunt
interconectate prin legături chimice
Elastomerii
sunt polimeri care se comporta elastic
la temperatura camerei
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 34
3.3. Armătura
Armătura sau scheletul, asigură rezistenţa şi rigiditatea materialului compozit, fiind
constituită din unul sau mai mulţi componenţi insolubili în masa de bază, realizaţi din(Secu
ş.a. 1996):
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 3. Structura materialelor compozite 35
- Sticlă: cea mai folosită (99%) este sticla E care prezintă proprietăţi electrice
însemnate; prin modificarea compoziţiei, se produce sticla C (proprietăţi termice
importante), sticla R (performanţe mecanice) sau sticla S (înalte proprietăţi mecanice).
- Aramidă: este o armătură de natură organică realizată dintr-un material termoplast de
tip poliamidă aromatică. Materialul de bază este turnat, filat, suferă o etirare mecanică
şi un tratament termic. Filamentele sunt în final grupate în meşe. Denumirea
comercială: Kevlar.
- Carbon: fibrele sunt obţinute prin descompunere termică neoxidantă a unui fir de
materie organică, denumit precursor, care în general este de natură acrilică
(poliacrilonitril PAN).
- Bor: este un filament gros format dintr-o inimă de tungsten sau de carbon învelit cu
bor într-un strat de 40 microni. Invelitoarea din bor este protejată cu carbură de bor de
4 microni.
- Azbest;
- Carbură de siliciu;
- Materiale ceramice.
Materialele de armare sunt utilizate îndeosebi sub formă de fibre (sute sau mii de
filamente de diametre cuprinse între 5 şi 15 microni) dar pot fi şi sub formă de bile, lamele,
solzi, pudre.
Figura 3.3. Materialele de armare
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 36
3.4. Funcţiile îndeplinite de fibre
În materialele compozite fibrele îndeplinesc următoarele funcţii:
- contribuie la creşterea rezistenţei şi rigidităţii compozitului după direcţia fibrelor;
- împiedică apariţia sau deschiderea fisurilor;
- realizează ductilitatea compozitului;
- asigură o bună comportare a compozitului la tensiuni dinamice;
- asigură stabilitatea termică.
Pentru a putea îndeplini aceste funcţii, fibrele au caracteristici fizice deosebite, parte
dintre ele fiind evidenţiate în Tabel 3.1
Tabel 3.1.Caracteristicile generale ale fibrelor
Material
Masă
volumică
Kg/m3
Modul de
elasticitate
MPa
Rezistenţă la
întindere
MPa
Temperatura
maximă
oC
Oţel 7.800 210.000 3.000 -
Tungsten 19.200 250.000 2.500 -
Sticlă 2.600 75.000 2.500 300
Sticlă R 2.500 86.000 4.400 400
Carbon HM 1.900 400.000 2.200 1.500
Carbon HR 1.850 220.000 3.000 1.500
Aramidă HM 1.450 130.000 3.600 350
Aramidă HR 1.440 70.000 3.000 350
Poliamidă 6,6 1.170 6.300 1.300 90
Poliester 1.400 8.000 550 100
Bor 2.500 450.000 3.500 500
Carbură de siliciu 3.200 450.000 2.000 1.250
Bor+carbură de
siliciu
2.600 43.000 3.800 1.000
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 3. Structura materialelor compozite 37
Armătura pe bază de fibre poate fi:
- unidirecţională: fibre orientate după aceeaşi direcţie în spaţiu (Figura 3.4 a);
- multidirecţională:
- aleatorie (Figura 3.4 b);
- cu direcţii privilegiate: ţesături-bi (Figura 3.4 c) sau tridimensionale.
Rezistenta unidirectionala
Rezistenta dupa directiile preferentiale ortogonale
Rezistenta multidirectionala
Isotropie
Figura 3.4. Armatura
Compozitele armate cu ţesături-bi sau tridimensionale prezintă o serie de avantaje,
dintre care:
- îmbunătăţirea proprietăţilor fizice şi mecanice;
- reducerea zonei de degradare în caz de impact;
- limitarea propagării fisurilor.
3.4.1. Alura armăturii ţesute
Armătura ţesută este realizată din fire dirijate după două direcţii: direcţia urzelii şi
direcţia bătăturii. Firele sunt legate prin ţesere, deci prin trecerea firelor de urzeală deasupra
sau dedesubtul firelor de bătătură, urmând paşi prestabiliţi. Astfel, în fig. 3.5.b, firele de
urzeală acoperă 4 fire de bătătură înainte de a trece pe sub al cincilea. Ţesătura se numeşte
“satin 5” .
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 38
a) Pânzã b) Satin c) Serj
Figura 3.5. Alura armaturii tesute
Adaosurile tehnologice sunt necesare în compozite pentru realizarea:
- condiţiilor tehnologice;
- protecţiei materialelor componente ale compozitului;
- funcţiei de catalizator;
- funcţiei de accelerator;
- protecţiei împotriva razelor ultraviolete;
- funcţiei de ignifugare.
Materialele compozite au o bună rezistenţă la caracteristicile de mediu, cum ar fi apa
de mare (solutie salina), acizi, variaţii de temperatură, ceea ce extinde domeniul de aplicare al
acestor materiale. Producerea materialelor compozite trebuie sa tina cont de urmatoarele
aspecte:
- evaluarea proprietatilor materialelor prin experimente astfel incat caracteristicile
fizico-chimice, mecanice şi de mediu sa fie in permanenta cunoscute de utilizatori;
- definirea tuturor parametrilor procesului producţie;
- producţia in conformitate cu cerintele proiectantului (orientarea, lungimea şi tipul
fibrei).
Sistemul de gestionare a datelor, inclusiv procesul de planificare trebuie sa contina
toate datele cum ar fi proprietăţile materialelor anizotrope şi rezultatele experimentelor de
oboseală şi îmbătrânire.
Pentru faza de utilizare a produsului sunt necesare manuale cu instructiuni astfel incat
proiectantul sa cunoasca toate informatiile privind natura, caracteristicile şi eventualele
puncte slabe ale produsului.
Datorita unei game largi de componente, de multe ori materiale scumpe, se pot utiliza
mai multe metode de fabricare, uneori asemanatoare cu cele de la prelucrarea metalelor sau
cele folosite in industria textilă.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 3. Structura materialelor compozite 39
Având în vedere ca pentru fabricarea materialului compozit sunt necesare cel puţin
două componente, care sunt combinate într-o reacţie chimică, rezulta ca fabricarea
materialelor compozite este un proces complex. În plus, sunt necesare instrumentele şi unelte
speciale pentru realizarea formelor complicate. Toate informaţiile procesul de fabricare
trebuie să fie disponibile în sistemul de date, astfel incat in fiecare moment sa se cunoasca
componentele materialului, proporţia de amestec, temperaturile şi presiunile de prelucrare,
umiditatea aerului, etc, ele fiind esenţiale pentru calitatea structurală şi optică a produsului.
O altă provocare o reprezinta sanatatea şi securitatea in timpul procesului de
fabricare. Răşinile utilizate pentru producerea materialelor compozite sunt reactive chimic şi
pot afecta sănătatea participantilor la faza de productie.
Comparativ cu metalele, materialele compozite pot fi dezmembrate şi reciclate destul
de greu, din cauza aderării adezivului şi a utilizarii amestecului de materiale, cum ar fi
miezul sandwich.
Un alt dezavantaj este îmbătrânirea materialelor polimerice. Experimente privind
îmbătrânirea pot fi investigate cu diferite metode, dar simularea la toti factorii de mediu este
greu de realizat. Deci, radiatiile UV, căldura, umiditate, caracteristicile mecanice şi chimice
au efecte diferite, în funcţie de apariţia lor simultană. Acesta este motivul pentru care
definirea corectă a timpului de dezafectare este foarte dificil de realizat şi trebuie să se bazeze
pe criterii bine stabilite.
Sunt diferenţe clare între matricile termorigide, termoplastice precum şi intre fibrele
de sticlă sau cele de carbon. Polimerii termorizi şi fibre de carbon pot fi doar arse, contrar
materialelor termoplastice care pot fi modelate şi reutilizate. Prin urmare, este necesar sa se
cunoasca toate componentele chimice astfel incat reciclarea şi reutilizarea materialelor
compozite sa se poata realiza in cele mai bune conditii.
Produsul compozit trebuie să fie menţinut şi examinat în conformitate cu criteriile
definite proiectant.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 40
4. CICLUL DE VIAŢĂ AL MATERIALELOR
4.1. Introducere
Ciclul de viaţă al materialelor compozite trebuie studiat sistematic pentru a se putea
calcula impactul pe care produsul final îl are asupra mediului. Metoda ştiinţifică general
acceptată pentru evaluarea impactului produsului final este analiza ciclului de viaţă (LCA -
life cycle assessment). Se utilizează separat cei doi termeni care indică cele două etape
principale ale analizei: inventarierea ciclului de viaţă şi respectiv, evaluarea ciclului de viaţă.
Există şi alte denumiri alternative: analiza de la leagăn la mormânt, eco-bilanţul, analiza
fluxului material (Koncsag 2004).
Analiza ciclului de viaţă este o procedură de evaluare a produsului, sistemului sau
activităţii ce identifică şi descrie cantitativ energia şi materialele folosite şi, de asemenea
deşeurile eliberate. Evaluarea include întraga durată de viaţă a produsului sau a activităţii încă
din etapa de extragere şi prelucrare a materialului brut, fabricare, transport, utilizare,
reutilizare, reciclare sau depozitare la depozitul de deşeuri.
Analiza ciclului de viaţă se face conform urmatoarelor etape:
- Stabilirea obiectivului analizei
- Analiza invetarului
- Evaluarea impactului
- Evaluarea imbunatatita sau interpretarea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 41
ObiectivEvaluare
imbunatatita
Evaluarea impactului:-consum de resurse
-sanatate umana- sanatatea mediului
Analiza inventarului:-material si energie consumate
-deseuri rezultate
Figura 4.1. Obiectivul analizei ciclului de viaţă
1. Definirea obiectvului este prima etapă a analizei ciclului de viaţă şi conţine
urmatoarele:
- misunea analizei: determină nivelul de dificultate al studiului
- scopul analizei : stabileşte ceea ce este inclus în sistemul de analiză și ce metode
detaliate de evaluare urmează a fi utilizate
- unităţile functionale: stabilesc legăturile între intrările şi ieşirile datelor normalizate.
Comparaţiile între produse sau sisteme trebuie făcute pe aceleaşi aspecte: eficienţa
produsului, durabilitatea produsului, performantele privind calitatea produselor
- limitările sistemului : defineşte procesul sau operatiunea (fabricare, transport şi post-
utilizarea materialului) precum şi operaţiunile ce sunt necesare în realizarea analizei
impactului.
- calitatea datelor: reflectă calitatea anaizei. Datele iniţiale definesc următorii
parametrii: durata de viaţă, limitările geografice şi tehnologia de fabricare.
- analiza critică a procesului: are scopul de a asigura calitatea analizei ciclului de viaţă
prin: metodele de analiză sunt în conformitate cu standardele internaţionale, datele
utilizate determină scopul analizei, interpretarea datelor se face conform obiectivului
analizei, raportul studiului conţine informaţii complete şi uşor de înţeles
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 42
Definirea obiectivului este etapa cu cea mai mare influenţă asupra rezultatului analizei
ciclului de viaţă. După definire obiectvului este foarte important să se obţină pareri cu privire
la analiza ce urmează a fi relizată. Aceste recenzii pot fi:
- din partea participanţilor la studiu
- din partea experţilor în domeniu
- din partea persoanelor interesa
2. Analiza inventarului este cea de-a doua etapă a din evaluarea ciclului de viaţă şi
conţine următoarele obiective:
- colectarea datelor: se pot utiliza date specifice (de la companii specifice, din domenii
specifice sau din ţări specifice) sau date generale. Datele trebuie colectate din toate
etapele ciclului de viaţă, iar calitatea datelor este esenţială. În funcţie de volumul de
date (cantitative sau calitative) se pot determina caracteristicile ale sistemlui sau
produsului analizat. Colectarea datelor este cea mai solicitantă etapa a ciclului de
viaţă. Rezultetele datelor colectate sun cuprinse in tabele de inventariere.
- redefinirea barierelor sistemului. Limitarile sunt definite în partea obiectivelor
sistemului, dar ele se pot modifica ca rezutat al deciziei de a exclude sau de a include
anumite caracteristici cu privire la ciclul de viata al produsului. Rezultatul acestui
process de redefinire al sensivitatii analizei trebuie bine documentat.
- procedura de calcul se realizeaza cu ajutorul programelor specializate
- validarea datelor : poate evidentia unde caliatea datelor poate fi imbunatatita. In
timpul procesului de colectare a datelor este necesara o permanenta validare a datelor
astfel incat sa se poata estima calitatea rezultatului.
- interacţiuni între datele din sistemul specific : pentru fiecare proces unitare trebuie
determinata o unitate de masura si un echivalent din punct de vedere al referintelor
analizate astfel incat sa se permita realizarea unui calcul complet in relatie cu toate
intrarile si iesirile sistemului.
- Alocari: in cazul in care analiza ciclului de viata a sistemului nu se poate realiza este
necesara o expansiune a limitarilor sistemului sau o alocare suplimentare de date cu
privire la impactul asupra mediului.
Lindfors si al. (1995) sugereaza ca alocarile trebuie bazate pe urmatoarele
considerente:cauze naturale sau o aproximare adecvată
- cauze economice / sociale de exemplu, preconizează câștig sau o valoare brută de
vânzare
- parametri fizici :masa, continutul de energie, zona de producție, volumul producției
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 43
Reciclarea produselor presupune că intrări și ieșiri de mediu asociate cu procesul de
fabricație al unui produs urmează să fie partajat de mai mult de un sistemul de produs.
Alcătuirea unei diagrame adecvate de proces este esentială pentru a se realiza analiza
ciclului de viaţă şi pentru a se verifica dacă sunt incluse toate procesele relevante.
3. Evaluarea impactului este de-a treia etapă din ciclul de viață al unui produs.
Evaluarea ciclului conține următoarele aspecte principale:
- definiții
- clasificarea
- caracterizarea
- evaluare / ponderare
Distincția intre elemente este necesara din mai multe motive:
- fiecare element reprezintă o alta procedura specifică;
- nu sunt necesare toate elementele pentru toate aplicațiile
- metodele si ipotezele de calculse poate face transparent și poate fi documentate și
revizuite;
- efectele metodelor si ipotezelor privind rezultatele pot fi demonstrate.
Definiții
Scopul acestei secțiuni este de a oferi îndrumari pentru selectarea și evidentierea
categoriilor de mediu.
Selecția de categorii trebuie să fie în concordanță cu scopul și domeniul de aplicare a
studiului. Această selecție nu ar trebui să fie utilizata pentru a evita sau a ascunde problemele
sau preocupările de mediu
Considrentele ce trebuie luate în considerare atunci când se face selectarea
categoriilor de impact sunt urmatoarele ( Lindfors et al . 1995) :
- Caracterul complet - toate problemele relevante de mediu ar trebui să fie acoperite
- Caracterul practic - lista nu ar trebui să conțină prea multe categorii
- Independență - dubla contabilizare ar trebui sa fie evitata
- Relația de caracterizare a impactului trebuie clar definita
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 44
Categoriile de impact avute în vedere sunt :
- resursele abiotice
- resursele biotice
- utilizarea terenurilor
- incălzirea globală
- epuizarea stratului de ozon stratosferic
- impactul ecotoxicologic
- impactul toxicologic asupra omului
- acidifierea
- eutrofizarea
- mediul de lucru
În funcție de scopul și domeniul de aplicare al studiului și privind aplicarea studiului
pot fi folosite toate elementele rezultate sau părți ale elementelor.
Clasificarea
Elementul de clasificare are scopul de a atribui datele de intrare si iesire pe categorii.
Atribuirea de date de inventar este nivelul cel mai simplu sau minim al ciclului de viață.
Clasificarea este un pas calitativ bazat pe analiza științifică de mediu a proceselor relevante.
Unele rezultate contribuie diferit la impact și, prin urmare, trebuie să fie menționată de doua
ori. Dublul rezultat este acceptabil în cazul în care efectele sunt independente una de cealaltă
în timp ce dublul electelor nu este permis .
Aspectul de timp este, de asemenea, important atunci când sunt avute în vedere
anumite categorii de impact de exemplu, încălzirea globală.
Până în prezent nu s-a stabilit un consens privind o listă implicită, unica de categorii
de impact. Prin urmare, categoriile de impact relevante pot fi selectate dintr-o listă
preliminară .
Caracterizarea
Rezultatul caracterizarii este o combinație intre categoria de indicatori prezentati in
etapa inițială de încărcare și profilul epuizării resurselor .
Evaluarea / ponderea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 45
Procesul de evaluare nu este unul tehnic sau științific ci obiectiv unul de atribuire de
ponderi pentru indicatorii care nu sunt direct comparabili.
Procesul abordeaza trei aspecte de bază :
- să exprime preferința relativă a unei organizație sau grup de părți interesate
- sa asigure că procesul este vizibil, documentat și raportabil
- sa stabileasca importanța relativă a analizei
4. Evaluarea îmbunătăţită sau interpretarea
Evaluarea îmbunătăţită a ciclului conține următoarele aspecte principale:
- identificarea problemelor de mediu semnificative
- evaluarea
- concluziile și recomandările
În cazul în care rezultatele evaluarii nu sunt potrivite studiului, analiza trebuie să fie
îmbunătățită prin revizuirea limitelor sistemului, colectarea ulterioară de date, urmată
evaluarea îmbunătățita a impactuluivaluare . Acest proces iterativ trebuie să fie repetat până
cerintele privind în scopul și definire a domeniului sunt îndeplinite. Aceste cerinte sunt
descrise în următorii pași :
1 . Identificarea problemelor de mediu semnificative.
2 . Evaluearea privind metodologia și rezultatele pentru sensibilitate și coerența .
3 . Verificarea concluziilor
4 . Raport și concluzii finale .
Identificarea problemelor de mediu semnificative
Obiectivul acestui pas este să structureze informațiile din analiza inventarului în
scopul de a determina problemele de mediu semnificative în conformitate cu scopul și
definirea domeniului de aplicare .
Etapa de identificare include structurarea și prezentarea de informații relevante
privind:
- rezultate din diferite etape prin tabele, figuri sau diagrame
- alegerile metodologice
- metodele de evaluare folosite
- rolul și responsabilitatea diferitelor părțile interesate
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 46
În funcție de complexitatea LCA studierea problemelor de mediu semnificative ale
sistemul considerat poate fi de exemplu CO2 și SO2 sau pot fi de exemplu încălzirea globală ,
epuizarea stratului de ozon stratosferic , ecotoxicologice și impactul toxicologice umane etc
Evaluarea
Obiectivul acestei etape este de a stabili încredere în rezultatul studiului , bazat pe
fazele LCA precedente. Rezultatele trebuie să fie prezentate într-o formă simpla pentru a da o
imagine clară și ușor de înțeles asupra rezultatelor studiului .
Evaluarea se efectuează în conformitate cu scopul și domeniul de aplicare , și ar trebui
să ia în considerare utilizarea finală astudiui. Interpretarea făcut în această etapă va trebui
întărită de urmatoarele elemente
1 . verificarea integralității ;
2 . verifica sensibilitatea ;
3 . verificarea coerenței
și completată prin rezultatele analizei incertitudinii și evaluarii calității datelor
Concluzii și recomandări
Scopul acestui pas este de a ajunge la concluzii și recomandări pentru raportul
studiului LCA. Această etapă este important să îmbunătățească raportarea și transparența
studiilor. Rezultatele analizei critice a studiului sunt incluse in concluzii și recomandări.
Evaluarea imbunatatita a ciclului de viață este o procedură sistematică de a identifica,
califica, verifica și evalua informațiilor si de a trage concluziile analizei de inventar . Este un
proces de comunicare concepute pentru a oferi credibilitate într-o formă care este
inteligibilea și utila pentru decizia finala.
Analiza ciclului de viaţă (LCA) este un instrument care poate ajuta fabricantul să-şi
analizeze procesul de fabricaţie şi să-şi îmbunătăţească produsele şi, de asemenea, poate servi
la informarea consumatorului, ajutându-l să ia o decizie.
LCA presupune măsurători detaliate pe fiecare etapa a ciclului de viaţă, încă din faza
extracţiei materiei prime până la distrugerea produsului sau eventuala lui reciclare. LCA
permite cuantificarea energiei şi materiilor prime utilizate, cuantificarea fluxurilor gazoase,
lichide sau solide care rezultă în fiecare etapă a vieţii materialelor. (Koncsag 2004)
Etapa de culegere a datelor (inventarierea ciclului de viaţă) este un proces lung şi
detaliat. Totuşi limitele studiului trebuie să fie bine definite iar datele culese să fie de
încredere şi de înaltă calitate. Din această etapă se poate afla ce emisii rezultă şi ce consumuri
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 47
de materie primă, materiale şi combustibili sunt necesare pe fiecare etapa din viaţa
produsului.
Etapa de evaluare este mult mai dificilă, ea implicând interpretarea şi analiza datelor
ce au fost furnizate în etapa de culegere a datelor. Din această etapă vom afla impactul pe
care îl au emisiile din fiecare etapa a ciclului de viaţă precum şi consumurile de materii prime
şi materiale. Inventarierea ciclului de viaţă scoate la iveală consumurile de: energie,
combustibil, apă şi materie primă.
Evaluatorul (cel care analizează datele din etape de evaluare) trebuie să stabilească
semnificaţia datelor şi impactul total al produsului asupra mediului. Dificultatea evaluării este
dată de faptul că trebuie găsită o bază ştiinţifică pentru a demonstra că, de exemplu, o tonă de
emisii gazoase este mai dăunătoare decât câteva grame de poluant toxic care ar rezulta dintr-
un alt ciclu de viaţă pentru realizarea aceluiaşi produs. Evaluatorul va trebui sa stabileasca
daca un consum mai mare de energie electrică sau un consum mai mare de apă afecteaza mai
mult mediul, de asemenea trebuie gasită o corelaţie între consumurile de resurse epuizabile
(ţiţeiul) şi tăierea pădurilor. S-au găsit posibilităţi de apreciere si evaluare a anumitor
impacturi: se poate cuantifica impactul emisiilor asupra stratului de ozon sau se poate calcula
contribuţia anumitor poluanţi la producerea ploilor acide. Este destul de greu de găsit termeni
de comparaţie pentru cicluri de viaţă diferite, uneori chiar şi doi evaluatori care lucrează
independent putând obţine rezultate diferite pentru acelaşi ciclu de viaţă. (Hollawey ş.a.
2000)
O problemă ce apare este cea a confidenţialităţii şi sensibilităţii datelor. Deşi
guvernele şi publicul doresc să cunoască impactul fiecarui produs asupra mediului, multe
studii nu sunt publicate pentru că fabricanţii nu doresc să existe o transparenţă înte produsele
lor şi cele ale concurenţei.
Etapa de reciclare complică şi mai mult analiza ciclului de viaţă al produsului prin
faptul ca anumite materiale pot fi reciclate de un număr nedefinit de ori, ca în cazul fierului
când nu se mai poate spune cu precizie care este „leagănul” şi care e „mormântul”
produsului; se ştie în schimb că hârtia poate fi reciclată de 3-4 ori înainte ca fibrele să devină
prea scurte pentru a fi utilizate, iar LCA se va simplifica.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 48
Materialul brut
Producerea
materiaului
Fabricarea produsului
finit
Faza de utilizare
Faza de post-utilizare
RECUPE RARE
REUTILIZARE
Figura 4.2. Ciclul de viata al materialelor
Pentru ca LCA să devină un instrument care să permită o măsurare corectă este
necesar să existe metode standardizate şi o legislaţie asupra limitelor acestora. De exemplu, o
limită a metodei constă în faptul că la efectuarea inventarului se ia în considerare numai
impactul din prima generaţie, adică materialele şi energia consumate direct pentru acel
produs, nu şi impactul de generaţia a doua: de exemplu, la construirea unei case se măsoară
cantitatea de cărămidă utilizată şi nu materiile prime care au servit la fabricarea cărămizii şi
nici energia consumată pentru arderea cărămizilor.
Deocamdată s-a stabilit o metodologie clară a LCA, mai completă decât cea în două
etape (inventariere şi evaluare) care, dacă este respectată punct cu punct, poate duce la
rezultate mai exacte ale analizei. SETAC (Societatea de Toxicologia Mediului şi Chimie - o
organizaţie mondială nonprofit) recomandă respectarea următoarelor etape ale LCA:
1. Planificare analizei
- stabilirea obiectivelor analizate
- definirea produsului ce urmează a fi evaluat
- alegerea limitelor sistemului analizat
- alegerea parametrilor de mediu
- alegerea metodei de asamblare a datelor şi a metodei de evaluare
- strategia pentru culegerea datelor
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 49
2. Analiza
- execuţia preliminară a analizei ciclului de viaţă
- ajustarea planului
3. Colectare şi prelucrare de date
- măsurători, interviuri, studii de literatură, calcule teoretice, căutări în baze de date
- prelucrarea datelor
4. Evaluare
- clasificarea tabelului de inventar pe categorii de impact
- însumarea pe categorii
- normalizarea
- determinarea ponderii categoriilor
5. Optimizarea evaluării
- analiza de sensibilitate
- stabilirea priorităţii activităţilor de îmbunătăţire şi evaluarea fezabilităţii acestora
Analiza ciclurilor de viaţă implică utilizarea de sofware specializate. Un software
complet serveşte la colectarea, analiza şi monitorizarea performanţelor de mediu ale
produselor şi serviciilor, dar şi la modelarea şi analiza ciclurilor de viaţă complexe într-un
mod sistematic şi transparent. Există software care analizează şi calculează toate costurile
unui produs, nu numai pe cele de mediu, integrând de analiza bazată pe evaluarea riscului.
Ca urmare analiza ciclului de viaţă ne permite să apreciem în ce măsură un produs
este ecologic, iar în cazul aceluiaşi produs provenit din două cicluri de viaţă diferite, se poate
aprecia care este ciclul de viaţă mai ecologic.
Pentru a se putea dezvolta un produs ecologic trebuie respectate cele 8 reguli ale
designului ecologic (proiectare ecologică):
1. Se proiectează cicluri de viaţă nu produse.
Scopul designului ecologic nu este acela de a avea produse „verzi”, ci cicluri de viaţă
ale produselor în deplină armonie cu mediul. Nu trebuie să ne gândim la produs numai prin
prisma utilizării sale, ci trebuie să gândim consumurile şi emisiile în fiecare etapă a ciclului
de viaţă al produsului.
2. În unele cazuri materialele naturale nu sunt neapărat mai bune din punct de
vedere ecologic decât cele sintetice.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 50
Un kilogram de lemn poate să producă mai puţine emisii în ciclul de viaţă al
produsului decât un kilogram de material plastic, dar trebuie să se ţină cont că utilizarea
lemnului presupune tratamente chimice, uscare, vopsire, tăiere. De precizat este că în unele
cazuri, pentru produsele la care există varianta confecţionării din material lemnos sau din
materiale plastice, consumul de lemn poate fi chiar şi de 10 ori mai mare decât consumul de
polimeri.
3. Consumul de energie trebuie estimat corect.
În cele mai multe cazuri consumul de energie este subapreciat. Mulţi proiectanţi se
concentrează asupra materialelor folosite şi nu ţin cont de consumul de energie din timpul
utilizării produsului. În cazul aparatelor electrice, consumul de energie manifestat în timpul
utilizării trebuie să prevaleze faţă de consumul de material pentru confecţionarea produsului.
De exemplu, pentru producerea a 10 KWh electricitate se consumă echivalentul a 2 kg ţiţei;
pentru fabricarea unui kilogram de plastic, se consumă 1.5 -2.5 kg ţiţei; o maşină de găurit
consumă pe durata vieţii sale 30 KWh , echivalentul a 60 kg ţiţei iar pentru confecţionarea
maşinii de găurit se utilizează mai puţin de un kilogram plastic.
4. Durata de viaţă a produsului trebuie prelungită cât mai mult.
În acest caz educaţia publicului trebuie făcută în sensul prelungirii duratei de utilizare
a produselor.
Produsul este mai durabil dacă a fost conceput cu posibilităţi de modernizare. De
exemplu, o piesă de ultimă generaţie poate înlocui o piesă cu un design mai vechi la o maşină
de spălat dublându-i viaţa; maşina veche nu se aruncă, nu se mai consumă materiale şi
energie şi nu se mai produc emisii pentru fabricarea unei maşini noi, micşorându-se impactul
produsului asupra mediului.
Mai este vorba aici şi de impactul psihologic: uneori oamenii se ataşează de obiecte şi
preferă să le prelungească viaţa, înlocuind câte o piesă. Alteori dimpotrivă, produsele sunt
aruncate înainte de epuizare pentru că oamenii s-au plictisit de ele.
5. Se proiectează servicii, nu produse.
În cele mai multe cazuri, oamenii nu doresc obiecte sau produse, ci soluţii pentru
anumite cerinţe ale lor. Ca exemplu poate fi dat sistemul „car sharing” mai ales în cazul
tinerilor, deoarece ei nu au nevoie de o maşină tot timpul, ci numai ocazional sau în anumite
segmente orare ale zilei. Sistemul „sharing” micşorează impactul asupra mediului pentru că
se fabrică mai puţine produse.
6. Economia de materiale.
Problema economiei de materiale şi resurse este mai complexă decât pare. Prima
problemă ce se pune este de a economisi resursele naturale. Un produs care conţine mai puţin
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 51
material este, de obicei mai ieftin. În unele sectoare ale industriei, problema micşorării
dimensiunilor produsului şi scăderii greutăţii acestuia este chiar vitală: de exemplu, un
vehicul mai uşor are un consum mai mic de combustibil. În unele metode de evaluare a
impactului, greutatea este cel mai important criteriu, cu ajutorul ei se determină consumul de
energie, urmând ca, la final, să se poată determina amprenta de carbon.
7. Reciclarea materialelor.
Prin reciclarea materialelor, abordarea cu privire la epuizarea materialelor îşi
micşorează anvergura, deci presiunea asupra resurselor naturale scade şi aceasta ne va pune
în armonie cu mediul.
8. Proiectarea de produse reciclabile.
Pentru ca un produs să fie reciclabil, el trebuie să se poată dezmembra cu uşuriţă, iar
randamentul de reciclare să fie suficient de mare ca să merite efortul. Se pot mări şansele
unui produs de a fi reciclabil dacă se optimizează proiectarea sa.
Consiliul Europei întrunit în martie 2000 la Lisabona a stabilit un plan de acţiune
numit Agenda de la Lisabona sau Procesul Lisabona sau Strategia de la Lisabona, iar de
atunci UE a implementat câteva iniţiative şi acţiuni care să susţină progresul în mod durabil.
De exemplu, Directiva 2000/53/EC ELV (End of Life Vehicles) cerea ca până în 2002 ţările
membre UE să introducă în legislaţia lor proceduri privind reducerea deşeurilor provenite de
la autovehiculele scoase din uz, să aibă prevederi stricte privind tratamentul ELV iar agenţii
economici care fac aceste tratamente să fie autorizaţi, cetăţenii să-şi poată duce un ELV la un
astfel de centru fără să plătească taxe, legislaţia să aibă prevederi clare privind proporţia
materialelor reciclate şi să restricţioneze utilizarea metalelor grele la fabricarea
autovehiculelor.
Consiliul Europei din 2001 de la Gőteborg a discutat documentul elaborat de Comisia
Europeană şi intitulat: „O Europă durabilă pentru o lume mai bună: o strategie europeană
pentru dezvoltare durabilă”. În urma consultărilor membrilor Consilului, strategia a cuprins
măsuri care să rezolve ameninţările la calitatea vieţii noastre, concentrându-se pe probleme
precum: schimbarea climei, sărăcia şi ameninţările la adresa sănătăţii. În februarie 2002,
Comisia Europeana a adoptat un al doilea document: ”Către un parteneriat global pentru
dezvoltare durabilă”. În anul 2005 s-a relansat Strategia de la Lisabona, revizuindu-se
obiectivele generale de dezvoltare durabilă şi principiile care trebuie să stea la baza politicilor
comunitare şi naţionale.
Obiectivele generale stabilite de Consiliul Europei pentru dezvoltare durabilă sunt:
1. Protecţia mediului - protejarea capacităţii Pământului de a susţine viaţa în întreaga
ei diversitate, respectând limitele resurselor naturale şi îmbunătăţind calitatea mediului
înconjurător.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 52
2. Echitatea socială şi coeziunea socială - promovarea unei societăţi democratice, cu
manifestarea coeziunii între clasele sociale, o societate sănătoasă, sigură şi corectă în care
sunt respectate drepturile fundamentale şi diversitatea culturală şi care să creeze oportunităţi
egale pentru cetăţeni, combătând discriminarea de orice fel.
3. Prosperitatea economică - o economie bogată, bazată pe inovaţie şi pe cunoaştere,
competitivă, eficientă, ecologică şi care să creeze standarde de viaţă ridicate, locuri de muncă
de bună calitate, pentru toţi cetăţenii UE.
4. Îndeplinirea responsabilităţilor internaţionale - încurajarea statului şi apărarea
stabilităţii democratice în toată lumea. Promovarea activă a dezvoltării durabile în toată
lumea şi asigurarea că politica internă şi externă a UE se supune dezvoltării durabile şi
obligaţiilor internaţionale.
Principiile dezvoltării durabile, adoptate în 2005 în cadrul strategiei Lisabona
revizuite sunt:
- energia curată;
- transportul sustenabil;
- producţia şi consumul sustenabile;
- sănătatea publică;
- managementul îmbunătăţit al resurselor naturale;
- incluziunea socială;
- lupta împotriva sărăciei globale.
Conform acestor principii, orice produs ar trebui să fie fabricat, consumat şi
transportat în mod durabil, în scopul protejării mediului şi asigurării prosperităţii societăţii pe
termen lung. Pentru a se putea realiza acest lucru în mod ştiinţific s-a luat în considerare
ciclul de viaţă al produsului, redat schematic în Figura 4.2
În general, ciclul de viaţă al produsului cuprinde următoarele etape:
- extracţia şi prelucrarea materiilor prime;
- manufacturarea sau fabricarea produsului;
- ambalarea, transportul şi comercializarea;
- utilizarea, reutilizarea şi mentenanţa produsului;
- depozitarea ca deşeu, distrugerea la capătul vieţii sau reciclarea.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 53
Manufacturare
Extractie si prelucrare
materie prima
Ambalare, transport,
comercializare
Utilizare, reutilizare,
mentenanta
Depozitare,
distrugere, reciclare
Figura 4.3. Ciclul de viaţă al produsului
4.2. Metode de evaluare a ciclului de viata
Organizaţia Internaţională pentru Standardizare (ISO) defineşte analiza ciclului de
viaţă ca „o tehnică pentru analiza aspectelor de mediu şi a impacturilor potenţiale asociate
unui produs prin: evidenţierea şi inventarierea inputurilor şi outputurilor relevante ale
sistemului; evaluarea impacturilor asupra mediului asociate acestor inputuri şi outputuri;
interpretarea rezultatelor în funcţie de scopul analizei ". Înainte de demararea procesului de
analiză statistică, cu ajutorul metodelor statistice, trebuie urmaţi câţiva paşi preliminari:
- formarea echipei de lucru;
- stabilirea ţintelor care se doresc a fi atinse;
- identificarea obiectului analizei: produs nou sau produs existent;
- stabilirea modului de diseminare a rezultatelor;
- verificarea existenţei unor studii similare care să permită comparaţii;
- analiza comparată între produsul întreprinderii şi cel al concurenţilor;
- identificarea standardelor de calitate;
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 54
- analiza ultimei funcţii de producţie existente şi a modului în care aceastamai satisface
actualele cerinţe;
- analiza principalelor caracteristici de mediu asupra cărora se concentrează
întreprinderea;
Pentru fiecare stadiu din viaţa produsului se colectează datele necesare analizei
statistice. Se construieşte un tabel cu ajutorul căruia se cuantifică cantităţile de materii prime
şi energie folosite, precum şi cele de deşeuri solide, lichide şi gazoase generate în fiecare
stadiu al ciclului de viaţă al produsului. Odată cuantificate inputurile în sistem se calculează
outputurile: deşeuri solide, deşeuri lichide (ape poluate), emisii în aer.
Rezultatele analizei ciclului de viaţă se clasifică în funcţie de categoriile uzuale de
impact: încălzirea globală, utilizarea resurselor neregenerabile, pierderi în biodiversitate,
toxicitate umană, eco-toxicologie, radiaţii, condiţii de muncă, mirosuri neplăcute, deprecierea
stratului de ozon, poluarea apelor, acidifierea, eutrofizarea, zgomote, deşeuri, degradarea
peisajului.
Datele culese referitoare la impacturile asupra mediului asociate fiecărui stadiu din
ciclul de viaţă a produsului sunt exprimate în unităţi fizice diferite, de exemplu, energia în
jouli, cantitatea de deşeuri în kilograme, poluarea în aer în particule per milion şi este
obligatorie evidenţierea acestora în tabel pentru a se putea da sens indicatorilor statistici ce
vor fi calculaţi ulterior.
Pentru a ajuta procesul de analiză statistică, datele astfel culese se grupează în tabele
şi se reprezintă grafic. O analiză completă şi detaliată a tuturor impacturilor asociate unui
produs, de la naşterea până la eliminarea sa, poate fi costisitoare şi de lungă durată însă făcută
cu regularitate sau doar asupra acelor aspecte considerate ca fiind mai importante înlătură
aceste inconveniente. Analiza statistică din perspectiva ciclului de viaţă a produsului arată
dacă impactul este cauzat de propria activitate sau dacă apare din cauza furnizorilor de
materii prime sau a beneficiarilor.
O întreprindere care doreşte ca produsul său să fie ecoetichetat are obligaţia să urmeze
paşii unei astfel de analize, întrucât toate schemele naţionale de ecoetichetare utilizează
analiza ciclului de viaţă pentru stabilirea criteriilor de ecoetichetare.
Beneficiile obţinute în urma analizei din perspectiva ciclului de viaţă pot fi sintetizate
astfel: beneficii financiare, noi orizonturi privind reproiectarea produsului,activitate de
marketing eficientă
- în cazul beneficiilor financiare : prin analiza statistică din perspectiva ciclului de
viaţă se descoperă acele stadii în care pot fi diminuate costurile sporindu-se astfel
eficienţa economică;
- în cazul proiectării sau reproiectării produsului : perspectiva ciclului de viaţă poate fi
adoptată în procesul de luare a deciziilor referitoare la proiectarea sau reproiectarea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 55
produsului sau procesului şi poate fi utilizată la compararea impacturilor asupra
mediului a diferitelor opţiuni de proiectare, a avantajelor şi dezavantajelor, iar
rezultatele analizei permit proiectanţilor şi fabricanţilor să se focalizeze pe acele
aspecte cu impact semnificativ asupra mediului;
- în activitatea de marketing: marile întreprinderi folosesc analiza ciclului de viaţă ca
instrument de marketing (a avea produse care respectă cerinţele dezvoltării durabile
este un avantaj care duce la creşterea vânzărilor) prin utilizarea acesteia ca bază
pentru o campanie publicitară concentrată pe idea impactului redus asupra mediului
pe care îl are un produs, focalizarea făcându-se nu numai asupra propriilor
performanţe de mediu, ci şi pe cele ale furnizorilor şi distribuitorilor (cu alte cuvinte,
ele se concentrează asupra performanţelor de mediu ale tuturor celor implicaţi înciclul
de viaţă a produsului lor, încurajându-şi astfel partenerii să-şi îmbunătăţească
performanţele de mediu.
Analiza inventarului implică proceduri pentru colectarea şi calculul datelor asupra
sistemului-produs care vor fi incluse în inventar, pentru cuantificarea intrărilor de materiale
sau energie sau substanţe chimice, precum şi a ieşirilor de materiale, energie, produse,
evacuări în aer, apă, sol -care sunt relevante pentru sistemul-produs.
Colectarea intrărilor şi ieşirilor unui sistem-produs pe durata ciclului de viaţă al
acestuia este denumită analiza inventarului. Datele utilizate pot proveni dintr-o varietate de
surse, incluzând măsurări directe, materiale teoretice şi bilanţuri de energie, date statistice,
informaţii din publicaţii. Datele colectate şi calculate servesc pentru elaborarea de
interpretări, concluzii şi recomandări pentru decidenţi. Atunci când sistemul studiat implică
produse multiple (de exemplu produse multiple la rafinarea petrolului: motorină, benzină, gaz
natural) sunt necesare proceduri de alocare pentru distribuirea fluxurilor de intrare sau de
ieşire spre şi din sistemul-produs. Fluxurile de materiale şi energie (intrări sau ieşiri) precum
şi evacuările în mediu asociate sistemului trebuie alocate diferitelor produse în
conformitatecu proceduri documentate şi justificate.
De-a lungul anilor s-au dezvoltat programe, produse şi proiecte prin intermediul
carora se evalueaza impactul asupra mediului, dintre care amintim:
1. Produsul Ecology Project (Suedia) - EPS
Ecology Project a fost lansat în 1992 ca o inițiativă a Federației Industriilor din Suedia.
Ideea de bază a proiectului a fost de a dezvolta un sistem de calcul pentru a ajuta dezvoltatorii
de produse, cumpărători și alti factori în luarea deciziei cu privire la impactul asupra
mediului. O versiune de PC software a Sistemului Prioritate de Mediu (EPS) a dezvoltat un
pachet de educație pe dezvoltarea de produse ecologice.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 56
2. Proiectul NEP (Scandinavia)
Proiectul NEP (Nordic project on Environmentally Sound Product) constă din două părți:
- dezvoltarea unei structuri comune pentru o bază de date LCA,
- o serie de studii de caz efectuate de către companii norvegiene și suedeze.
În cadrul proiectului, evaluarea ciclului de viata a fost realizata cu instrumente de dezvoltare
de produse sistematice, cum ar fi implementarea calitatii functionale (Quality Function
Deployment - QFD) şi analiza costului de viata (Life Cycle Cost Analysis - LCCA)
(Hanssen, 1994, Hanssen, 1995). Membrii proiectului au fost aparent mulțumiți cu conceptul
integrat, dar exista o lipsă de informații cu privire la performanța de mediu, cerințele
clientului evaluate și economia ciclului de viață.
3. Programul Eco-Design (Olanda)
Programul Eco-design a fost un proiect experimental în care opt companii au încercat să
includă aspecte de mediu, în scopul de a se ajunge la produse îmbunătățite. Una dintre ideile
de bază în cadrul proiectului a fost de a stabili o echipă formată din dezvoltatorii de produse
din cadrul unei companiiformata din experți de mediu. Atât încât evaluăril cantitative cat și o
abordare mai conceptuală ciclului de viață au fost utilizate în cadrul proiectului
4. Programul Eco-Indicator (Olanda)
Programul Eco-indicator a dus la o procedură de screening a analizei ciclului de viaţă
pentru proiectare. Ideea este de a avea un număr unic pentru fiecare proces și material, care
reflectă impactul pe fiecare etapa a ciclului de viaţă - de la leagăn la mormânt (cradle to grave
impacts). Având numere unice pentru fiecare unitate de proces, nu este necesar să se
stabilească procese arbori sau reguli privind colectarea datelor privind emisiile. LCA este
simplificat în mod semnificativ, dar metodologia nu dă libertatea de a lucra cu alte seturi de
date, de exemplu, pe tehnologii diferite. Rezultatele programului și metodologia a fost
publicată de către Goedkoep colab. (1996) și sunt mereu actualizate.
5. Programul Tehnologia Materialelor (Danemarca)
Programul Tehnologia Materialelor a dezvoltat o metodologie pentru screening-ul
impactul potențial al ciclului de viață în etapa de dezvoltare a materialelor și produselor
(Schmidt et al. (Coord.), 1994). Metodologia și baza de date pot fi utilizat pentru calcule
preliminare privind contribuția la impactul global: de mediu, de sănătate, impactul ecologic și
opțiuni de gestionare a deșeurilor. Metodologia oferă baza pentru eventualele comparații cu
tehnologiile existente.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 57
6. Proiectul EDIP (Danemarca)
In proiectul EDIP au fost implicate cinci companii daneze, în colaborare cu Institutul
pentru Dezvoltarea Produsului de la Universitatea Tehnică din Danemarca (Institute for
Product Development at the Technical University of Denmark) și alte centre de cunoaștere.
Scopul proiectului a fost de a da echipei de proiectare accesul la metodele și instrumentele
care sprijină introducerea de criterii de mediu în dezvoltarea de produse. Criterii detaliate și
metode de evaluare a impactului asupra mediului au fost raportate pe scară largă (de
exemplu, Wenzel et al., 1996 și 1997), și o bază de date de sprijin a fost lansata de către
Agenția Daneză de Protecție a Mediului.
7. Proiectul Life Cycle Design (SUA)
Proiect de design al ciclului de viață a dus la elaborarea unui manual (Keoleian și
Menerey, 1993). Nucleul proiectului este cadrul de formularea a 5 matrice conceptuale
privind performanța de mediu, costuri, aspecte legale și culturale ale procesului de proiectare
în ceea ce privește întregul ciclu de viață. Formularea, identificarea și ponderea diverselor
cerințe de proiectare sunt evidențiate ca puncte forte într-un proiect de succes, în combinație
cu un sistem de management de mediu bine organizat. A doua fază a proiectului este
reprezentată de o serie de proiecte demonstrative, ale caror rezultate sunt în prezent raportate.
Inventarele ciclului de viaţă sunt efectuate cu pachete software dedicate, de exemplu
GaBi Software, dezvoltat de PE International (Germania) sau SimaPro LCA Software,
dezvoltat de PRé Consultants (Olanda). În software SimaPro LCA sunt incluse mai multe
metode de evaluare a impactului de mediu, de exemplu Eco-Indicator 99, CML 92, EPS
2000, Impact 2002+, EPD method. Rezultatele analizei inventarului se prezintă sub forma
unui "inventar al ciclului de viaţă" (LCI-Life cycle inventory), elaborat ca un tabel-inventar
care listează intrările şi ieşirile în mediu, exprimate prinfluxurile elementare materiale şi
energetice în mediu, asociate cu unităţile lor funcţionale(de exemplu: kg de dioxid de carbon,
miligrame de fenol, kg de minereu de fier, de gaz natural etc.)
Versiunea demo gratuită este disponibila pentru mai multe programe, dar ea are o
valoare limitată pentru potențialii cumpărători, datorită limitărilor de capacitate. Aspectele
esentiale ce trebuiesc luate in considerare sunt discutate în cele ce urmează:
- Baza de date ar trebui să conțină informații privind ciclului de viață pentru o cantitate
mare de materii prime, produse chimice, scenarii și moduri de transport. Este necesar
sa se ia în considerare limitele sistemului, specificificul (de exemplu, numărul de
emisii), și calitatea datelor (de exemplu, vârsta). Baza de date ar trebui să aibă, de
asemenea, posibilitatea de păstrare și utilizare a datelor proprii, precum și un format
comun de date.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 58
- Calcule de inventar- are software-ul posibilitatea de a utiliza diferite tipuri de norme
în calcul
- Evaluarea impactului. Ce metode sunt utilizate pentru evaluarea impactului? Sunt în
conformitate cu cerințele din standardul ISO?
- Interpretare. Soft-ul poate ajuta în interpretarea LCA prin efectuarea unuei analize de
senzitivitate.
- Raportarea - facilitățile de raportare trebuie sa satisfaca nevoile dumneavoastra, de
exemplu, exportul catre alte programe de tratament suplimentar (procesare text, calcul
tabelar).
O privire de ansamblu a instrumentelor de software comercial este prezentata în Tabel
4.1 Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile:
Tabel 4.1. Lista de instrumente de evaluare a ciclului de viață disponibile
Nr.
crt. Name Detalii comercializare Versiune Provenienta
1. Boustead
Boustead
Phone +44 403 864 561
Fax +44 403 865 284
2 Europa
2. CLEAN EPRI
Phone +1 415 960 5918
Fax +1 415 960 5965
2 US
3. CUMPAN Univ. of Hohenheim - Germania 4. CES Edu Pack Garanta Design Limited 2 U.K. 5. EcoAssessor PIRA - U.K. 6. EcoManager Franklin Associates, Ltd. Phone:
+1 913 649 2225
Fax +1 913 649 6494
1 Europa
7. ECONTROL Oekoscience - Elvetia 8. EcoPack2000 Max Bolliger 2.2 Elvetia 9. EcoPro EMPA Phone +41 71 300101
Fax +41 71 300199
1 Elvetia
10. EcoSys Sandia/DOE - U.S. 11. EDIP Inst. for Prod. Devel. Phone +45
4295 2522
- Danemarca
12. EMIS Carbotech - Elvetia 13. EPS IVL Fax +46 314 82180
1 Suedia
14. GaBi IPTS
Phone +49 7021 942 660
Fax +49 7021 942 661
2 Germania
15. Heraklit Fraunhofer Inst.
Phone +49 89 149009 89
Fax +49 89 149009 80
- Germania
16. IDEA IIASA (A)/VTT (SF)
Fax +358 (0) 456 6538
- Europa
17. KCL-ECO Finnish Paper Inst.
Phone +358 9 43 711
1 Finlanda
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 59
Nr.
crt. Name Detalii comercializare Versiune Provenienta
Fax +358 9 464 305
18. LCA1 P&G/ETH 1 Europa 19. LCAD Battelle/DOE - U.S. 20. LCAiT Chalmers Industriteknik Phone
+46 31 772 4237
Fax +46 31 82 7421
2.0 Suedia
21. LCASys Philips/ORIGIN - Olanda 22. LIMS Chem Systems
+1 914 631 2828
+1 914 631 8851
1 U.S.
23. LMS Eco-Inv Christoph Machner 1 Austria 24. Oeko-Base II Peter Meier Phone +41 1 277
3076
Fax +41 1 277 3088
- Elvetia
25. PEMS PIRA Phone +44 0 1372 802000
Fax +44 0 1372 802238
3.1 Europa
26. PIA BMI/TME Phone +31 70 346
4422
Fax +31 70 362 3469
1.2 Europa
27. PIUSSOECOS PSI AG - Germania 28. PLA Visionik ApS Fax +45 3313 4240 - Danemarca 29. REGIS Sinum Gmbh Phone +41 51 37 61 - Elvetia 30. REPAQ Franklin Associates, Ltd. Phone
+1 913 649 2225
Fax +1 913 649 6494
2 U.S.
31. SimaPro Pré Consulting Phone +31 33 461
1046
Fax +31 33 465 2853
3.1 Olanda
32. SimaTool Leiden Univ. - Olanda 33. Simbox EAWAG - Elvetia 34. TEAM
Ecobalance +1 301 548 1750
+1 301 548 1760
1.12 & 2 Europa
35. TEMIS Oko-Institut Phone +49 761
473130
Fax +49 761 475437
2 Europa
36. TetraSolver TetraPak - Europa 37. Umberto IFEU +49 40 462033
+49 40 462034
- Germania
38. Umcon Particip Gmbh - Germania 39. Öekobilanz von
Packstoffen
BUWAL EXCEL-
files Elvetia
In prezentul studiu, calculul amprentei de carbon în funcţie de energia consumată s-a
realizat cu programul CES Edu-Pac. Programul conține o bază de date legată de
caracteristicile diferitelor materiale folosite în domenii precum construcții civile, design,
inginerie aerospațială, bio-energie, polimeri etc.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 60
Pe lângă aceste date, programul oferă posibilitatea întocmirii unui raport de mediu pe
baza materialelor componente ale produsului. Eco-auditul, cum este numită opțiunea de
scriere a raportului, cuprinde 4 părți:
1. Materialul, procesul de fabricație și post-utilizarea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 61
Materialele ale caror caracteristici sunt cunoscute de programul CES Edu Pack sunt
împarţite în patru categorii: ceramici si sticle; materiale compozite hibride şi materiale
naturale; metale şi aliaje din metale şi în ultima categorie polimerii
2. Transportul
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 62
3. Utilizarea
4. Întocmirea raportului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 4. Evaluarea ciclului de viaţă al materialelor 63
În prima secțiune sunt definite tipul și cantitatea de material brut și reciclat, procesul
prin care se obține produsul precum și metoda de post-utilizare a acestuia.
În post utilizare sunt definite cele 5 metode :
- depozitare,
- incinerare,
- reciclare,
- regândirea/reabilitarea,
- reutilizarea.
A doua secțiune face o estimare a emisiilor rezultate din transport. Datele de intrare
folosite pentru calcul sunt cele legate de tipul modului de transport (maritim, terestru şi
aerian) precum și distanța parcursă.
A treia secțiune, utilizarea, are ca date de intrare durata estimată de viață a produsului și
mixul energetic al tării respective. Pentru România, pentru 2010, mixul este aproximativ
55%.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 64
5. DETERMINAREA AMPRENTEI DE
CARBON ÎN CICLUL DE VIAȚĂ AL
MATERIALELOR DE CONSTRUCȚIE
Un produs achizitionat dintr-un magazin produce emisii de gaze indirect din
activitățile de producere a energiei, transport, depozitare și împachetare a produsului, dar și
emisii directe atunci când acel produs folosește combustibili care prin ardere produc gaze cu
efect de seră. Întreg ciclul de viata al unui produs, de la fabricare până la înlăturare, ne
permite să identificăm diferitele procese fizico-chimice care se produc şi din care rezultă
gazele cu efect de seră (Philander SG. 2008).
5.1. Concept şi modalităţi de calcul
Conceptul de amprentă de carbon a derivat de la conceptul de amprentă ecologică,
care reprezintă suprafața de pământ și apă necesară pentru producerea unei cantități de
biomasă indispensabilă unei populații. Astfel amprenta de carbon se referă la suprafața de
pământ necesară pentru a asimila cantitatea de dioxid de carbon produsă de omenire. Cu
timpul această definiție s-a modificat căpătând o formă hibridă între definiția inițială a
amprentei de carbon și indicatorii folosiți pentru evaluarea schimbărilor climatice. (Divya
Pandey, Madhoolika Agrawal, & Jai Shanker Pandey, 2010)
Astfel sursele de gaze care afectează balanța radiativă a atmosferei și implicit
climatul, se împart în 3 grupuri:
1. Gazele cu efect direct asupra climatului (gazele cu efect de seră – CO2, CF4, C2F6 etc. )
2. Gazele care au un efect neglijabil asupra climatului, dar care indirect afectează
procesele chimice și fizice din atmosferă (NOx, CO, NMHC)
3. Gazele care pot afecta și direct și indirect climatul (CH4, CFC, HCFC etc.),
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 65
Convenția de semne pentru aceste gaze cu efect de seră este următoarea:
+ : pentru cele care măresc radiația solară;
- : pentru cele care reduc radiația solară. (J.S. Fuglestvedt, I.S.A.
Isaksen, & W.C. Wang, 1994)
Conceptul de Global Warming Potential (GWP) a fost introdus pentru a se putea
compara şi clasifica emisiile de gaze din atmosferă. Fiecare produs are o amprentă diferită
funcție de locul unde este produs, materialul de fabricare și funcție de consumul de energie
necesar pentru producerea produsului.
Toate emisiile sunt raportate la un sistem de referință astfel încât să se poată avea un
ordin de mărime al efectele produse de aceste gaze. Sistemul de referinţă este conturat în
jurul dioxidului de carbon considrat a fi gazul de referință, restul gazelor cu efect de seră
raportându-se la el. Gazele cu efect de seră sunt transformate în emisii de dioxid de carbon
echivalent - CO2e, transformarea făcându-se folosind coeficienții potențiali de încălzire
globală pe diferite perioade, perioada cea mai des folosită este pe o sută de ani (GWP100) sau
potențialul gazelor de seră (GHP).
Formula de calcul a GWP conform IPCC este:
2 2
0
0
d
d
n
i i
n
CO CO
a c tGwP
a c t
(1)
ai = radiația forțată instantanee datorită creșterii concentrației gazelor cu efect de seră i,
ci = este concentrația la timpul t și orizontul de timp n.
În final definiția amprentei de carbon ar trebui să fie : Cantitatea de gaze cu efect de
seră, exprimată în dioxid de carbon echivalent, emise în atmosferă de un individ, organizație,
proces sau eveniment, în cadrul unei limite specificate. (Divya Pandey, Madhoolika Agrawal,
& Jai Shanker Pandey, 2010).
Potențialul de încălzire globală este un indice ce reprezintă raportul dintre încălzirea
produsă de o anumită cantitate de gaz și încălzirea produsă de aceeași cantitate de dioxid de
carbon.Toate politicile legate de schimbările climatice urmăresc atingerea unor activități ce
nu influențează concentrațiile gazelor cu efect de seră. Acest concept prin care din atmosferă
nu este captat și nici emis dioxid de carbon poartă numele de neutralitate a carbonului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 66
5.1.1. Gazele cu efect de seră
Activităţile umane produc și emit peste 50 de gaze diferite în atmosferă,deşi unele
sunt emise în cantităţi mici. Protocolul de la Kyoto prevede ca șase gaze să fie monitorizate şi
incluse în inventarele naționale. Aceste gaze sunt :
- Dioxid de carbon (CO2);
- Metan (CH4);
- Protoxidul de azot N2O;
- Hexafluorură de sulf (SF6);
- Hidroflurocarburi (HFC);
- Perfluorocarburi (PFC);
Dioxid de carbon (CO2)
Dioxidul de carbon este un gaz inodor, incolor, foarte stabil; este un gaz neinflamabil
format dintr-un atom de carbon şi doi atomi de oxigen. Acest gaz se află în atmosferă în
proporţie de 0,036%. Având o concentrație atât de mică, măsurarea acestui gaz se face
folosind standardul de măsurare de părți per milion(ppm). Concentrația acestui gaz a fost în
2005 de 379 ppm, care duce la o radiație forțată de +1.66[+/-0.17]Wm-2 (4). Din 1995 până
în 2005 concentrația dioxidului de carbon în atmosferă a avut o creștere medie de 1.9 ppm/an.
Acest gaz are un rol important pentru biosfera Pământului, plantele absorbind
dioxidul de carbon din atmosferă și prin procesul de fotosinteză, în prezența radiație solare,
este eliminat oxigenul. O reacție chimică simplificată pentru fotosinteză, din care rezultă apă,
oxigen și zahăr, ar fi:
6CO2 + 12H2O+ energie solară = C6H12O6 + 6H2O+6O2
Concentrația atmosferică a acestui gaz a fost monitorizată din anul 1958 la Mauna
Loa în Hawaii şi în alte puncte cum ar fi Polul Sud, dar măsurătorile de referință rămân cele
din Manua Loa. Corelând aceste date cu datele legate de calota glaciară se poate trace
concluzia că nivelul concentraților de CO2 a crescut de la 280 ppm în perioada preindustrială
(definită ca o medie pentru câteva secole înainte de 1750) la aproximativ 380 ppmv în 2005-
precizia variază pe glob şi în timp de-a lungul anului, datorită modificări anotimpurilor în
emisfera nordică ca influenţă predominantă a ciclului anual.
O examinare mai atentă a datelor din zona Mauna Loa arată că acestea au fluctuații
apreciabile, cu vârfuri considerabile. Se observă o creștere a concentraților atmosferice de la
an la an, iar panta curbei ne arată trendul de creștere s-a accelerat. Se mai poate observa că
această creștere nu este una monotonă, ci variază sus - jos în funcție de un ciclu regulat cu
aproximativ 3% (7ppm) în fiecare an. Această variație este dată de variația anotimpurilor și
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 67
influența acesteia asupra procesele de fotosinteză din plante, dar nu influențează respirația
celorlalte organisme și a materiei organice aflată în descompunere.
Metan -CH4
La presiunea atmosferică normală şi temperatură normală, metanul este un gaz
incolor, inodor compus dintr-un atom de carbon şi patru de hidrogen (formulă chimică CH4).
În prezența oxigenul poate arde formând dioxid de carbon (CO2) şi apă (H2O). Metanul este
ingredientul principal al gazului natural, care se găsește în subteran în cantități mari, putând fi
folosit drept combustibil. Acesta este produs de unele bacterii anaerobe care se dezvoltă în
absența oxigenului. Depozite mari de metan există în permafrostul Arctic şi pe fundul
oceanului sub formă de metan hidratat înghețat (denumit și metan clatrat); se estimează că
există o cantitate de carbon în acest metan hidratat înghețat decât în toate depozite petroliere,
gaze naturale şi cărbune de pe Pământ (Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner 2008).
Concentrația metanului în atmosferă este de 0.00018% adică de 1.800ppb (părți per
bilion). Acest gaz reacționează cu alte gaze atmosferice cum ar fi hidroxili radicali (OH) sau
ozonul. Interacțiunea cu hidroxili reprezintă principala reacție de reducere a metanului din
atmosferă, din care se obțin vapori de apă și dioxid de carbon. Spre deosebire de dioxidul de
carbon care este un gaz stabil, metanul rămâne în atmosferă doar 12 ani.
Analiza concentraţiilor de metan în atmosferă (CH4) a început în anul 1978 și acesta a
prezentato evoluție similară cu cea a dioxidului de carbon. Concentrațiile au crescut de la un
nivel de aproximativ 700 părți per bilion (ppb) în perioada pre-industriala la circa 1774 ppb la
sfârşitul anului 2005. Din nou, rata de creştere a fluctuat în ultimii ani scăzând de la 15 ppb în
1980 la aproximativ 10 ppb, deşi concentrațiile au fluctuații considerabile de la an la an.
Protoxidul de azot - N2O
Protoxidul de azot este un gaz neinflamabil, aproape inodor, are un gust puțin dulce și
este format din doi atomi de azot și un atom de oxigen, este un gaz ușor anestezic, purtând și
denumirea de gaz ilariant. La temperaturi mai mici de -91o
C își schimbă starea de agregare
din gaz în solid. Protoxidul de azot reacționează în stratosferă cu ozonul și prin disociere
fotochimică rezultă oxigen și azot.
Hexafluorură de sulf (SF6)
Este un compus care are o durată de viață în atmosferă de aproximativ 3200 de ani, iar
în 2005 avea o concentrație de 5,6 parți per trilion (ppt). Aproximativ 90% din emisiile de
SF6 provin din sectorul electric, mai precis de la transformatoare de tensiune, unde gazul este
folosit pe post de izolator a componentelor de înaltă tensiune. O altă sursă de emisie a acestui
gaz este din producția metalului de magneziu (folosit în industria constructoare de
autovehicule).
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 68
Impactul pe termen lung al acestor gaze depinde de cât timp rămân în atmosferă și de
puterea de absorbție a radiației infraroșii. (Tabel 5.1 Impactul gazelor cu efect de seră).
Tabel 5.1. Impactul gazelor cu efect de seră
Gazul Puterea de absorbție a radiației
infraroșii comparativ cu CO2
Perioada de timp cât
rămân în atmosferă [ani]
Dioxid de carbon 1 100
Metan 26 12
Protoxidul de azot 216 115
CFC-uri 4750-14400 45-1700
HFC-uri 4470 52
SF6 22800 3200
5.1.2. Efectul de seră
În anul 1829 un nou concept este prezentat de fizicianul și chimistul Joseph Fourier,
acesta susținea că planetele primesc energie de la soare, iar aceasta este reflectată înapoi în
spațiu de către planetă. Acesta sugera că creșterea concentrațiilor de gaze din atmosferă a
influențat creșterea temperaturilor.
Fizicianul John Tyndall a studiat absorbția luminii de către diferite gaze precum
cărbunele, vaporii de apă și dioxidul de carbon. Cercetările sale au demonstrat că lumina
trece foarte ușor prin dioxidul de carbon, dar undele infraroșii care produc căldură sunt
absorbite de acest gaz.
Cercetările făcute de chimistul Svante Arrhenius au făcut legătura între cantitățile de
dioxid de carbon emis în atmosferă de vulcani și creșterea temperaturii cu 20-30oC în
perioada glaciară. Arrhenius a estimat că o înjumătățire a concentrației dioxidului de carbon
din atmosferă ar produce o scădere a temperaturii cu 4-5oC, iar o dublare a concentrației ar
produce o creștere a temperaturii cu 5-6o C (Silver J. 2008)
Creșterea temperaturilor și a concentraților de gaze din atmosferă este confirmată de
către măsurătorile făcute la stațiile meteo, de către Guy Stewart Callendar, în 1938.
Efectul de seră este un efect natural, dar datorită activităților umane de la începutul
anului 1750, începutul erei pre-industriale, concentrațiile de gaze cu efect de seră în
atmosferă s-au mărit, intensificând astfel artificial acest fenomen. Efectul direct fiind
încălzirea semnificativă a atmosferei.
Energia solară ajunge pe suprafața Pământului sub formă de lumină (undă
electromagnetică) și este reținută sub formă de căldură (mișcare moleculară aleatoare). Acest
lucru se întâmplă datorită gazelor cu efect de seră precum dioxidul de carbon și metanul, care
sunt transparente pentru marea majoritate a lungimilor de undă a luminii primite de la soare,
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 69
dar sunt relativ opace la radiațiile infraroșii și la radiațiile de căldură care sunt reflectate de
către suprafața Pământului și atmosferei. Efectul de seră menține temperatura la suprafața
Pământului un anumit nivel, propice pentru existența viețuitoarelor, lipsa acestui fenomen ar
produce o scădere a temperaturile mult sub punctul de îngheț al apei.
Influența negativă a efectului de seră asupra stratului de ozon, atmosfera terestră
încălzindu-se, determină o scădere a temperaturii stratosferei, favorizând astfel distrugerea
stratului de ozon. Cantitatea de radiaţii ultraviolete care ajunge pe Pământ crește, acest lucru
fiind nociv și duce la dispariţia accelerată a planctonului maritim.
5.2. Analiza amprentei de carbon pe durata vieţii în cazul paletelor
eoliene realizate din materiale traditionale şi compozite
Aceasta analiza se compune din cuantificarea şi compararea impactului produs asupra
mediului de principalele materiale de constructie in ciclul de viata al acestora (din
momentul fabricarii acestor materiale şi pana la post-utilizarea acestora).
În acest scop, s-a optat pentru analiza a cinci tipuri de materiale utilizate la fabricarea
unei pale de rotor realizate din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă şi fibră de carbon.
Ciclul de viaţă al unui material poate fi reprezentat de următoarele etape:
- faza de producţie : include utilizarea de materii prime (exploatarea resurselor) şi
fabricarea/producerea produsului respectiv (prelucrare resurselor).
- faza de utilizare : include utilizarea de energie, întreţinere şi curăţare.
- faza de post-utilizare : include depozitarea, incinerarea, reciclarea deseurilor.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 70
Figura 5.1. Schema de evaluare a ciclului de viață
Impactul asupra mediului nu este determinat doar de materialele alese, ci, de
asemenea, şi de funcţia de produs în sine. De exemplu, atunci când fibrele naturale sunt
aplicate ca un substituient pentru metale în cazul vehiculelor impactului asupra mediului în
faza de utilizare va fi redusă din cauza unui consumului redus de energie cauzat de o greutate
mai mică a maşinii.
Relaţia dintre faza de producţie, faza de utilizare şi faza de post-utilizare este destul
de complicata. În general, durata de viaţă a unui produs (faza de utilizare) poate fi extinsă
(aspect pozitiv), de exemplu, prin aplicarea unui strat pe suprafata, cu rol protector. Datorită
acestei acoperiri, produsul nu poate fi uşor de reciclat rezultand un aspect negativ. Acest
complex de interacţiune între un produs şi mediul înconjurător este tratată într-o evaluare a
ciclului de viaţă (Life Cicle Assesment) (Heijungs et al, 1992).
Cele cinci tipuri de materiale utilizate în fabricarea paletelor de energie eoliană sunt:
lemn, aluminiu, oţel, fibră de carbon şi fibră de sticlă întărită cu rasina epoxidică.
Evaluarea impactului s-a realizat cu ajutorul programului de calculator CES EduPack care se
bazează pe LCA olandez.
Analiza comparativă s-a bazat pe determinarea amprentei de carbon și a consumului
de energie pe fiecare etapă a ciclului de viață al materialelor (producerea materiilor prime
necesare fabricării paletei, fabricarea în sine a paletei, transportul, utilizarea și post-utilizarea
paletei) pentru a se putea stabili impactul a cinci tipuri de materiale: lemn, aluminiu, oțel,
fibră de sticlă și fibră de carbon.
Spre exemplificare s-a ales un studiu de caz reprezentat de construcția paletelor
eoliene ale unei turbine, astfel dimensionate încât să se obțină o putere mecanică de 1 kW, la
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 71
o viteză a vântului de 13,8 m/s. Comparația s-a realizat în funcție de greutatea și dimensiunile
unei palete eoliene, rezistențele mecanice ale fiecarui material utilizat, preț de producție și
durata de viață, evidențiindu-se avantajele și dezavantajele utilizării fiecărui tip de material.
Toate intervenţiile relevante de mediu referitoare la diferitele faze ale ciclului de viaţă
ale paletei rotorului sunt colectate şi cuantificate. Ciclul de viaţă al paletei rotorului constă în
aproximativ cinci faze: extracţia şi prelucrarea materiilor prime, fabricarea produsului
(paletei), transportul produsului, utilizarea produsului şi deşeuri rezultate in urma utilizarii
produsului.
Principalele etape ale ciclului de viaţă ale paletei rotorului sunt reprezentate în Figura
5.2 Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliannă.
Transport
Material brut
Fabricarea paletei
Faza de utilizare
Faza de post-
utilizare
Figura 5.2. Etapele ciclului de viata al unei palete de turbina eoliana.
Pentru obținerea unei puteri de 1 kW, la o viteză a vântului de 13,8 m/s se consideră
un coeficient de putere Cp egal cu 0,2 iar lungimea paletei sau raza de baleiere (R) a turbinei
eoliene va fi:
(2)
= 0,2
= 1 · 103 W
= 1,25 kg/m3
v = viteza vântului = 13,8 m/s
S= aria secțiunii transversale a rotorului
=
= (3)
R =√
= 0,984 ≈ 1 m (4)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 72
După ce s-a calculat lungimea paletei (R = 1 m) s-au dimensionat și celelalte
componente (latimea şi grosimea paletei). Din condițiile de rezistență la rupere, lățimea și
grosimea paletei s-au determinat cu urmatoarele relatii de calcul:
[N/mm
2] (5)
[mm] (6)
[Nmm] (7)
[mm
2] (8)
[N/m3] (9)
[mm3] (10)
[kg] (11)
[N/mm] (12)
[N] (13)
În tabelul următor se prezinta centralizat elementele geometrice ale unei palete
realizate din cele 5 tipuri de materiale, determinate cu ajutorul relaţiilor prezentate anterior:
Tabel 5.2. Tipuri de palete eoliene
Unitate
de
măsură Lemn
Aluminiu
Oțel
Fibră de
sticlă Fibră de
carbon
Lungime (r) [mm] 1000 1000 1000 1000 1000 Lațime (b) [mm] 150 150 150 150 150 Înalțime ( h ) [mm] 75 80 24 50 35 Distanța până la
centrul de greutate (z) [mm] 37,5 40 12 25 17,5
Densitatea aerului (ρaer) [kg/m3] 1,25 1,25 1,25 1,25 1,25
Viteza vântului (v) [m/s] 13 13 13 13 13 Forţa vântului (f) [N] 15843,75 15843,75 15843,75 15843,75 15843,75 Încarcarea uniform
distribuită (q) [N/mm] 15,84375 15,84375 15,84375 15,84375 15,84375 Moment de inerție (M) [Nmm] 7921875 7921875 7921875 7921875 7921875 Moment de
dimensionare (Iy) [mm2] 5273437,5 6400000 172800 1562500 535937,5
Rezistența la rupere
calculată (σr) [N/mm
2] 56,34 49,51 550,13 126,75 258,67
Rezistența la rupere
standard (σ) [N/mm
2] 61 50 590 138 276
Densitate material (ρ) [kg/m3] 480 1030 7600 1800 1700
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 73
Unitate
de
măsură Lemn
Aluminiu
Oțel
Fibră de
sticlă Fibră de
carbon
Accelerația
gravitațională (g) [m/s
2] 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665
Greutatea specifică (γ) [N/m3] 4707,19 10100,85 74530,54 17651,97 16671,31
Volumul [W] [mm3] 11250000 12000000 3600000 7500000 5250000
Greutatea [N] 52,96 121,21 268,39 132,39 87,53
Masa [kg] 5,4 12,36 27,36 13,5 8,925
Preț/kg [Ron/kg] 4,45 31,9 7,66 16,3 70,4
Preț total [Ron] 24,03 394,284 209,5776 220,05 628,32
Figura 5.3. Greutatea paletelor eoliene din diferite tipuri de materiale
Figura 5.4. Comparație între paletele eoliene în funcție de preț/kg de material
Conform condiţiilor de rezistenţă şi cunoscând densitatea materialului s-au putut
calcula greutatea si preţul fiecărei palete eoline şi se observă urmatoarele:
- cea mai ieftină și cea mai usoară paletă eoliană este cea din lemn, ea având o greutate
de aprox. cinci ori mai mică comparativ cu paleta realizată din oțel și un preț de
aprox. douăzeci și șase de ori mai mic comparativ cu paleta realizată din fibră de
carbon;
0
5
10
15
20
25
30
paleta
eoliana lemn
paleta
eolianaaluminiu
paleta
eoliana otel
paleta
eoliana fibrasticla
paleta
eoliana fibracarbon
5,4
12,36
27,36
13,5 8,925 K
g
Greutatea
0
100
200
300
400
500
600
700
paleta eoliana
lemn
paleta eoliana
aluminiu
paleta eoliana
otel
paleta eoliana
fibra sticla
paleta eoliana
fibra carbon
24,03
394,284
209,5776 220,05
628,32
RO
N
Pretul
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 74
- paleta eoliană din fibră de sticlă are un preț aproximativ egal cu paleta eoliană din
oțel, deși are aprox. jumătate din greutatea sa;
- paleta eoliană din oțel este de aprox. trei ori mai grea decât cea din fibră de carbon,
dar are un preț de aprox. trei ori mai mic comparativ cu aceeași paletă;
- paleta eoliană din lemn are un preț de aprox. șaisprezece ori mai mic comparativ cu
paleta din aluminiu, de aprox. nouă ori mai mic comparativ cu paletele din oțel și
fibră de sticlă și de aprox. douăzeci și șase de ori mai mic comparativ cu paleta
eoliană fabricată din fibră de carbon;
- paletele eoliene din aluminiu și fibră de sticlă au greutăți aproximativ egale, dar prețul
celei fabricate din aluminiu este de aproximativ dublu față de paleta realizată din fibră
de sticlă.
În urma utilizării programului de mediu CES Edu Pack 2010 s-au stabilit caracteristici
privind determinarea amprentei de carbon în funcţie de consumul de energie pe fiecare etapă
a ciclului de viață (producerea materialelor, fabricarea materialelor, transportul produsului,
utilizarea produsului și post-utilizarea materialelor). Durata de funcționare se consideră a fi
egală pentru toate tipurile de palete și anume douăzeci și cinci ani.
CES EduPack include informatii privind materialele (ceramice, metale și aliaje,
compozite, polimeri și elastomeri) și procesele de baza (modelare, aderentă, tratament de
suprafață). Pentru fiecare material sau proces, baza de date conține text descriptiv, imagini
explicative, și proprietățile tehnice, economice și ecologice.
Instrumentul de Audit Eco ajută la studierea de conceptele-cheie în proiectarea
ecologică pentru a analiza impactul de mediu al produselor. Se vor introduce informații
despre greutatea produsului, utilizarea și transport. Aceste informatii se vor folosi pentru a
se putea estima consumul de energie și emisiile de CO2 la fiecare etapă din ciclul de viață al
produsului. Programul permite utilizatorului sa identifice ce fază din ciclul de viață (sau faze)
domina impactul produsului asupra mediului.
Analiza ciclului de viață este împărțită în patru categorii principale în instrumentul de
eco audit al programului CES EduPack:
1. Producerea materialului şi fabricare
Pentru fiecare tehnologie de fabricatie se determina un coeficient de emisie pentru
calculul amprentei pentru fiecare kilogram de material produs.
Amprenta din producerea materialului se determina prin inmultirea unui coeficient de
emisie cu cantitatea totala de material utilizat.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 75
2. Transportul se referă la transportul produsului finit de la sursa de fabricație
la locul unde se va utiliza produsul.
In tabelul urmator sunt prezentate obtiunile disponibile privind transportul
raportandu-se la consumul de energie şi amprenta de CO2.
Tabel 5.3. Coeficienti privind consumul de energie din timpul transportului
Mijloace de transport Energie
(MJ/tonne/km)
CO2
(kg/MJ)
Transport maritim 0.16 0.071
Rau/canal de transport marfa 0.27 0.071
Transport feroviar 0.31 0.071
Camion 32 tone 0.46 0.071
Camion 14 tone 0.85 0.071
Autovehicule usoare 1.4 0.071
Transport aerian de mărfuri - transport pe distanțe mari 8.3 0.067
Transport aerian de mărfuri - distanțe scurte 15 0.067
Elicopter- Eurocopter AS 350 50 0.067
Pentru determinarea valorii privind consumul de energie in cazul etapei de transport
sunt inmultite masa produsului cu distanța şi cu coeficientul de emisie privind transportul
utilizat.
3. Utilizare
Se specifica durata de viata a produsului in ani.
Amprenta din utilizare se obtine prin inmultirea duratei de viata[ani] cu consumul de
energi/si cu mix-ul energetic al tarii.
4. Post-utilizarea materialului:
La finalul ciclului de viata produsul poate fi:
- depozitat
- reciclat
- recuperat energetic(incinerat)
- reutilizat
- regandit şi folosit in alt proces
Fiecare proces avand un impact diferit asupra amprentei de carbon
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 76
5.3. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie
pentru fiecare etapă din ciclul de viaţă al unei palete eoliene
Folosind metodologia de calcul a programului de mediu CES Edu Pack 2010 s-au
luat în considerare următoarele:
- din producerea materialului;
- din construcția paletei;
- din transport s-a luat în considerare un autovehicul de 14 tone care parcurge o distanță
de 100 de km;
- din exploatare s-a luat în calcul o perioadă de funcționare de 25 ani;
- metoda de înlăturare a deșeurilor aleasă este depozitarea.
Pentru producerea materialului s-au luat în considerare următoarele caracteristici din
baza de date a programului CES Edu Pack:
Tabel 5.4. Caracteristicile materialelor din care sunt realizate paletele eoliene
Proprietăți
generale
Lemn Aluminiu Oțel Fibră de sticlă Fibră de carbon
Denumire Abies
procera
(L)
Aluminum
Foam (1.0) ASTM CB 30 Epoxy Glass Fiber Epoxy Carbon
Fiber
Densitate
(kg/m3)
390 – 480 970 – 1030 7450- 7600 1500 – 1800 1400 - 1700
Preț
(RON/kg)
2.22 -
4.45
25.5 – 31.9 6.96 – 7.66 14.8 – 16.3 64 – 70.4
Compoziție
(sumar)
Celuloză
/Hemicelu
loză
/Lignin/
12% H2O
Al – 99%
Mg - 0,6%
Si – 0,6%
Otel Rășină epoxidică
Fibră de sticlă
Rășină epoxidică
Fibră de carbon
Proprietăți mecanice
Modulul de
elasticitate
Young
( GPa)
11.7 -
14.3
13.2 – 14.8 196 - 204 13.8 – 27.6 69 - 150
Modul de
încovoiere
(GPa)
10.7 – 13 13.2 – 14.8 196 - 204 13.8- 20.6 33.5 – 35.2
Modul de
elasticitate
0.87 -1.06 5 – 5.5 76 – 80 5.21 – 10.4 27.8 – 60.5
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 77
Proprietăți
generale
Lemn Aluminiu Oțel Fibră de sticlă Fibră de carbon
transversală
(GPa)
Modul
volumetric
(GPa)
0.26 -
0.29
13.2 – 14.8 145 - 159 18.2 – 19.1 63.4 – 66.6
Coeficientul
lui Poisson
0.35 - 0.4 0.28 – 0.3 0.275 – 0.285 0.313 – 0.342 0.219 – 0.266
Coeficientul
de formă
5.4 3 52 11 22
Limită de
curgere
(MPa)
36.3 -
44.3
25 – 30 370 – 460 110 - 193 221 - 276
Rezistența de
rupere la
tracțiune
(MPa)
61.8 -
75.5
50 - 70 590 - 720 138 - 241 276 - 345
Rezistența la
compresiune
(MPa)
37.9 -
46.3
25 - 30 370 – 460 138 - 207 207 - 276
Rezistența la
încovoiere
(MPa)
66.4 -
81.2
30 - 36 370 - 460 345 - 483 517 - 655
Alungire (%
strain)
1.42 -
1.74
40 - 50 10 - 20 0.5 - 2 0.5 - 2
Duritate –
Vickers (HV)
2.3 - 2.82 2.5 - 3 180 - 220 33.1 – 57.8 66.2 – 82.8
Proprietăți termice
Temperatura
maximă de
serviciu (°C)
120 – 140
°C
140 - 220 760 - 763 170 - 190 166 -184
Temperatura
minimă de
serviciu (°C)
-73 - -
23°C
-273 -73 - -43 - 123 - -73 - 123 - -73
Conductivitat
e termică
(W/m.°C)
0.19 -
0.24
28 - 46 21 - 23 0.6 – 0.7 5.8 – 6.3
Proprietăți electrice
Rezistivitate
electrică
6e13
- 2e14
10.5 - 12 71 - 81 3.3e21
– 3e22
100 – 1e6
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 78
Proprietăți
generale
Lemn Aluminiu Oțel Fibră de sticlă Fibră de carbon
(µohm.cm)
Proprietăți optice
Transparență Opacă Opacă Opacă Translucid Opacă
Durabilitate: inflamabilitate
Inflamabilitat
e
Foarte
inflamabil
Inflamabil Inflamabil Ușor inflamabil Auto- stingere
Durabilitate: lichide și lumină solară
Apă dulce Utilizare
limitată
Acceptabilă Acceptabilă Excelentă Excelentă
Apă sărată Utilizare
limitată
Acceptabilă Acceptabilă Excelentă Excelentă
Acizi slabi Utilizare
limitată
Excelentă Excelentă Acceptabilă Acceptabilă
Acizi tari Inaccepta
bilă
Excelentă Acceptabilă Inacceptabilă Inacceptabilă
Alcalii slabi
Acceptabi
lă
Acceptabilă Excelentă Utilizare limitată Utilizare limitată
Alcalii tari
Inaccepta
bilă
Inacceptabil
ă
Utilizare
limitată
Excelentă Excelentă
Solvenți
organici
Acceptabi
lă
Excelentă Excelentă Utilizare limitată Utilizare limitată
Ultra violete Bună Excelentă Excelentă Bună Bună
Oxidare la
500ºC
Inaccepta
bilă
Inacceptabil
ă
Excelentă Inacceptabilă Inacceptabilă
Energie
folosită,
producție
primară
(MJ/kg)
7.2 - 7.96 290 – 310 77.2 – 85. 3 107 - 118 259 - 286
Amprenta de
CO2, producție
primară(kg/k
g)
0.427 -
0.472
19 – 21 4.85 – 5.36 7.46 – 8.25 14.8 – 18.1
Apă utilizată
(l/kg)
500 -
1500
125–375 112 - 337 106 - 309 361 – 1370
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 79
Proprietăți
generale
Lemn Aluminiu Oțel Fibră de sticlă Fibră de carbon
Energia
folosită la
montaj și
asamblare
(MJ/kg)
0.475 -
0.525
0.038 –
0.042
3.33 – 3.86 3.33 – 3.86
Amprenta de
CO2, montaj
și asamblare
(kg/kg)
0.038 -
0.042
0.00304 -
0.00336
0.266 – 0.294 0.266 – 0.294
Reciclare Nu Da Da Nu Nu
Energie
folosită,
reciclare
(MJ/kg)
8.55 -
9.45%
25.6 – 28.3 21.6 – 23.9 0.1% 0.1%
Refolosire în
alt proces
Da Da Da Da Da
Combustie
pentru
recuperarea
energiei
Da Nu Nu Da Da
Căldura de
combustie
(net) (MJ/kg)
20.7 -
22.1
- - 14.9 – 15.7 30.2 – 31.8
Combustie
(kg/kg)
1.76 -
1.85
- - 1.21 – 1.27 2.59 – 2.72
Depozitare Da Da Da Da Da
Biodegradabi
le
Da Nu Nu Nu Nu
Resursă
regenerabilă
Da Nu Nu Nu Nu
În funcție de proprietățile materialelor descrise în Tabel 5.4 și ținând cont de
condițiile de rezistență la rupere s-au putut dimensiona paletele eoliene.
S-a ajuns la următoarele valori:
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 80
Tabel 5.5. Comparație între paletele eoliene din diferite materiale (lemn, aluminiu,
oțel, fibră de sticlă și fibră de carbon în funcție de dimensiuni, greutate și preț)
Material
component
Lungime
(mm)
Lățime
(mm)
Grosime
(mm)
Greutate
(kg)
Preț
(RON)
Lemn 1000 150 75 5,4 24,03
Aluminiu 1000 150 80 12,36 394,284
Oțel 1000 150 24 27,36 209,5776
Fibră de sticlă 1000 150 50 13,5 220,05
Fibră de carbon 1000 150 35 8,925 628,32
Folosind datele din Tabel 5.4 și din Tabel 5.5 și în urma utilizării programului CES
Edu Pack 2010 s-au stabilit caracteristici de mediu pe fiecare etapă a ciclului de viață
(producerea materialelor, fabricarea paletelor, transportul paletelor, utilizarea paletelor și post
utilizarea materialelor). Cea mai semnificativă etapă privind consumul de energie și
determinarea amprentei de carbon este cea de producere a materialului.
5.3.1. Producerea materialelor componente ale unei palete eoliene
Materialele sunt selectate prin "click" pe materialul de interes. Odata selectat,
instrumentul de audit ecologic extrage datele din înregistrarea materialului.
Tabel 5.6. Energia consumată și CO2 degajat pentru producerea materialului
Componentă Material Conținut
reciclat
Energie
(MJ)
CO2
Footprint (kg)
Paleta eoliană din lemn Lemn - Brad Nereciclat
(0%) 40,88 2,42
Paleta eoliană din aluminiu Aluminum Nereciclat
(0%) 3705,94 246,89
Paleta eoliană din oțel Otel rezistent Nereciclat
(0%) 2220,24 139,49
Paleta eoliană din fibră de
sticlă
Epoxy SMC (glass
fiber)
Nereciclat
(0%) 1516,93 105,91
Paleta eoliană din fibră de
carbon
Epoxy SMC
(carbon fiber)
Nereciclat
(0%) 2430,44 153,85
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 81
Figura 5.5 Producerea materialului
Se constată următoarele:
- Lemnul are cele mai mici valori privind emisiile de carbon și energia consumată, la
polul opus aflându-se aluminiul cu valori de aproximativ 100 ori mai mari.
- Energia consumată și amprenta de carbon pentru producerea paletei eoliene din oțel și
fibră de carbon sunt aproximativ egale, dar paleta rezultată din oțel este de
aproximativ trei ori mai grea și tot de aproximativ trei ori mai ieftină. Atât carbonul
cât și oțelul nu au caracter biodegradabil, dar oțelul este mult mai ușor de reciclat.
- Din punct de vedere al consumului de energie și al amprentei de carbon pentru
producere, aluminiul este cel mai puternic poluant, având valori de aproximativ două
ori mai mari decât paleta rezultată din fibră de sticlă, deși greutatea paletelor rezultate
este aproximativ egală.
- Producerea materialului necesar realizării paletei eoliene din aluminiu solicită energie
și degajă CO2 de aproximativ 1.5 ori mai multă față de paleta realizată din oțel și
fibră de carbon, de aproximativ 2.4 ori mai multă față de paleta realizată din fibră de
sticlă și de aproximativ 100 ori mai multă față de paleta realizată din lemn.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Paleta eoliană
din lemn
Paleta eoliană
din aluminiuPaleta eoliană
din oțel
Paleta eoliană
din fibră de sticlă
Paleta eoliană
din fibră decarbon
40,88
3705,94
2220,24
1516,93
2430,44
2,42 246,89 139,49 105,91 153,85
Producerea materialului
Energie (MJ)
CO2 (Kg)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 82
5.3.2. Fabricarea paletei eoliene
Tabel 5.7. Energia consumată și CO2 degajat pentru fabricarea paletei eoliene
Componentă Proces Energie
(MJ)
CO2
(kg)
Paletă eoliană din lemn Assembly / Construction 2,696 0,22
Paletă eoliană din aluminiu Assembly / Construction 0,493 0,039
Paletă eoliană din oțel Metal powder forming 1086,51 86,92
Paletă eoliană din fibră de
sticlă Compression molding 47,258 3,78
Paletă eoliană din fibră de
carbon Compression molding 31,26 2,50
Figura 5.6 Fabricarea paletei eoliene
Se constată următoarele:
- În această etapă cele mai mici valori privind emisiile de carbon și energia consumată
sunt pentru fabricarea paletei eoliene din aluminiu, iar cele mai mari (de aprox. 2200
ori mai mari față de aluminiu) pentru fabricarea paletei eoliene din oțel.
- În funcție de energia consumată și de CO2 degajat se constată că pentru fabricarea
paletei eoliene din oțel se consumă de aprox. 400 ori mai mult față de paleta eoliană
din lemn, de aprox. 20 ori mai mult față de paleta eoliană din fibră de sticlă și de
aprox. 35 ori mai mult față de paleta eoliană fabricată din fibră de carbon.
0
200
400
600
800
1000
1200
Paleta eoliană
din lemn
Paleta eoliană
din aluminiuPaleta eoliană
din oțel
Paleta eoliană
din fibră desticlă
Paleta eoliană
din fibră decarbon
2,696 0,493
1086,51
47,258 31,26 0,22 0,039 86,92
3,78 2,5
Fabricarea paletei eoliene
Energie (MJ)
CO2(kg)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 83
5.3.3. Transportul paletei eoliene
Tabel 5.8. Energia consumată și CO2 degajat pentru transportul paletei eoliene
Componentă Proces Energie
(MJ)
CO2
(kg)
Paletă eoliană din lemn Assembly / Construction 0,756 0,05
Paletă eoliană din aluminiu Assembly / Construction 1,73 0,12
Paletă eoliană din oțel Metal powder forming 3,83 0,27
Paletă eoliană din fibră de
sticlă Compression molding 1,89 0,13
Paletă eoliană din fibră de
carbon Compression molding 1,25 0,09
Figura 5.7 Transportul paletei eoliene
Se constată următoarele:
- Transportul are cea mai mică însemnătate în ciclul de viață al materialelor, dar
valorile nu trebuie neglijate. Metodologia de calcul pentru emisiile rezultate din
transportul rutier al paletelor eoliene de la depozit la locul de punere în operă pornește
de la consumul real al vehiculului la care se adaugă factorii de emisie rezultați din
producerea acestuia.
- Cele mai mari valori privind consumul de energie sunt calculate pentru transportul
paletei eoliene din oțel, de aprox. 5 ori mai mari comparativ cu transportul paletei
eoliene din lemn, de aprox. 2 ori comparativ cu transportul paletei eoliene din
aluminiu și fibră de sticlă și de aprox. 3 ori mai mari comparativ cu transportul paletei
eoliene din fibră de carbon.
Pentru etapa de utilizare a paletelor eoliene nu sunt considerate consumuri de energie
sau degajări de CO2 .
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
Paleta eoliană
din lemn
Paleta eoliană
din aluminiuPaleta eoliană
din oțel
Paleta eoliană
din fibră desticlă
Paleta eoliană
din fibră decarbon
0,756
1,73
3,83
1,89
1,25
0,05 0,12 0,27
0,13 0,09
Transportul paletei eoliene
Energie(MJ)
CO2(kg)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 84
5.3.4. Post-utilizarea paletei eoliene
Tabel 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pentru post utilizarea paletei eoliene
Componentă Energie
(MJ)
CO2
(kg)
Paletă eoliană din lemn 1,08 0,064
Paletă eoliană din aluminiu 2,472 0,15
Paletă eoliană din oțel 5,472 0,33
Paletă eoliană din fibră de sticlă 2,7 0,16
Paletă eoliană din fibră de carbon 1,786 0,11
Figura 5.8. Post utilizarea paletei eoliene
Se constată următoarele:
- Metoda aleasă pentru post utilizarea paletei eoliene este depozitarea;
- Pentru depozitarea paletei eoliene din oțel sunt înregistrate cele mai mari valori
privind consumul de energie și CO2 degajat de aprox. 5 ori mai mare comparativ cu
paleta eoliană din lemn, de aprox. 2,5 ori mai mare comparativ cu paleta eoliană din
aluminiu și fibră de sticlă, și de aprox. 3 ori mai mare comparativ cu paleta eoliană
din fibră de carbon.
0
1
2
3
4
5
6
Paleta eoliană
din lemn
Paleta eoliană
din aluminiuPaleta eoliană
din oțel
Paleta eoliană
din fibră desticlă
Paleta eoliană
din fibră decarbon
1,08
2,472
5,472
2,7
1,786
0,064 0,15 0,33
0,16 0,11
Post - utilizarea paletei eoliene
Energie(MJ)
CO2(kg)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 85
5.4. Concluzii
Prin intermediul metodologiei şi activităţilor implementate în acest studiu de caz se va
oferi posibilitatea evaluării ciclului de viață al unor materiale compozite, în conformitate cu
obiectivele de sustenabilitate și de protecția mediului.
În următorul tabel se găsesc valorile totale, pe întreaga durată de viață a paletelor
eoliene.
Tabel 5.10. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene
Componentă Preț Masă totală
(kg)
Energie
(MJ)
CO2
(kg)
Paletă eoliană din lemn 24,03 5,4 45,413 2,76
Paletă eoliană din aluminiu 394,284 12,36 3710,636 247,20
Paletă eoliană din oțel 209,5776 27,36 3316,05 227,02
Paletă eoliană din fibră de sticlă 220,05 13,5 1568,78 109,98
Paletă eoliană din fibră de carbon 628,32 8,925 2464,73 156,55
Figura 5.9. Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de viață a paletelor eoliene
Se constată următoarele:
- Cele mai mici valori privind costul, masa totala, consumul de energie şi CO2 degajat
pe intreaga durata de viata sunt la paleta eoliana din lemn, dar lemnul ridica cele mai
mari probleme privind intretinere şi utilizarea.
- Cele mai mari valori privind emisiile de CO2 şi energie consumata pe intreaga durata
a vietii sunt pentru paleta eoliana din aluminiu, cu 20% mai mari ca in cazul paletei
eoliene din otel, de aproximativ optzeci ori mai mari comparativ cu lemnul, de 2 ori
mai mari comparativ cu fibra de sticala şi de 1,5 ori mai mari comparativ cu fibra de
carbon.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
Paleta eoliană
din lemn
Paleta eoliană
din aluminiuPaleta eoliană
din oțel
Paleta eoliană
din fibră desticlă
Paleta eoliană
din fibră decarbon
45,413
3710,636 3316,05
1568,78
2464,73
2,76 247,2 227,02 109,98 156,55
Energia consumată și CO2 degajat pe întreaga durată de
viață a paletelor eoliene
Energie(MJ)
CO2(kg)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 86
- Cea mai nejustificata alegere pentru realizarea paletei eoliene din punct de vedere a
greutăţii este oţelul, al emisiilor rezultate pe intreaga durata de viata sunt aluminiu sau
oţelul, iar cel mai mare preţ fibra de carbon.
- Paletele eoliene din aluminiu și fibră de sticlă au greutăți aproximativ egale, dar
prețul, emisiile de CO2 şi energia consumata pe intreaga durata de viata a paletei
fabricate din aluminiu sunt aproximativ duble față de paleta realizată din fibră de
sticlă.
- Materialul optim din punct de vedere al duratei de viaţă, al pretul de fabricatie, al
emisiilor de CO2 şi al consumului de energie pe intreaga durata a vietii este considerat
a fi fibra de sticlă.
5.4.1. Paleta eoliană din lemn
Lemn este un material natural care provine din
plantele lemnoase, arbori, arbuști, copacii, etc, fiind
compus în majoritate din celuloză și lignină și în
mică parte din gume și rășini, materii tanante,
materii colorante.
Macroscopic lemnul este diferit privit, în funcție de
planul în care este secționat. Lemnul este alcătuit
din mai multe tipuri de țesuturi vegetale: țesutul
vascular, fibre, parenchimul de rezervă.
Paleta eoliana din lemn are urmatoarele
caracteristici:
Lungime: 1000 mm
Latime: 150 mm
Grosime: 75 mm
Greutate: 5,4 kg
Pret: 24, 03 lei
Paleta este realizata din lemn de brad, avand
rezistenta la rupere in lungul fibrelor de 61 N/mm2.
Paleta este utlizata 25 ani dupa care este
inmagazinata in depozitul de deşeuri.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 87
obtinerea lemnului
tratarea lemnului
fabricarea palei eoliene
faza de utilizare
faza de post-utilizare
Figura 5.10. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din lemn
Datele de intrare din programul CES EduPack pentru realizarea eco-auditului sunt
evidentiate in figura urmatoare:
Figura 5.11. Realizarea eco-auditului prin intermediul programului CES EduPack
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 88
Tabel 5.11. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta eoliana din lemn
Faza Energie (MJ) Energie (%) CO2 (kg) CO2 (%)
Producerea +tratarea
lemnului
40,8805 90,61 2,4243 88,56
Fabricarea palei 2,6966 5,98 0,2157 7,88
Transportul palei 0,4590 1,02 0,0326 1,19
Utilizarea palei 0,0000 0,00 0,0000 0,00
Post utilizarea palei 1,0800 2,39 0,0648 2,37
Total 45,1162 100 2,7374 100
Se constata ca etapa de producere şi tratare a materialuilui este cea mai mare
consumatoare de energie, ea mobilizand aproximativ 91% din energia totala.
In etapa de utilizare a materialului nu se degaja emisii de carbon şi nici nu se consuma
energie.
Lemnul este un excelent material de construcţii, dar, din păcate, poate poate sa-si
piarda rezistenta şi stabilitatea din cauza mucegaiurilor, poate fi devorat de insecte şi distrus
de foc. Principalele tratamente care se aplică lemnului sunt: ignifugarea, hidrofugarea,
tratarea lemnului cu fungicide şi insecticide şi, desigur, tratamentul anticarii.
Ignifugarea
Ignifugarea se realizează cu substanţe ignifuge, denumite aşa datorită proprietăţilor
acestora de a mări rezistenţa la ardere a materialelor lemnoase. De remarcat este că este vorba
doar de o mărire a rezistenţei la ardere, şi nu de transformarea lemnului într-un material
complet ignifug. Deoarece lemnul este un material organic, mai devreme sau mai târziu el va
lua foc, indiferent cu ce este tratat. Prin ignifugare se obţine o întârziere semnificativă a
declanşării arderii, astfel încât rămâne suficient de mult timp la dispoziţie pentru a împiedica
declanşarea efectivă a incendiului. De asemenea, jarul provenit din lemnul ignifugat se stinge
mult mai repede decât jarul rezultat dintr-un lemn netratat.
Prima metodă este imersia (scufundarea) lemnului în soluţia ignifugă. Se obţin cele
mai bune rezultate, dar se face greoi, şi doar în cazul lemnului neasamblat. A doua metodă
este pulverizarea, iar a treia este pensularea. Ultimele se pot aplica şi lemnului inclus deja
într-o construcţie.
Hidrofugarea
Lemnul este un material în general hidrofob. El absoarbe apa cu uşurinţă, atât pe cea
prezentată sub formă lichidă (precipitaţii), cât şi pe cea existentă în mediul înconjurător sub
formă de umezeală. Doar unele esenţe de lemn, majoritatea exotice, se pot lăuda cu o
rezistenţă crescută la umiditate, însă nici ele nu sunt complet imune. În general, însă, lemnul
absoarbe apă, se umflă şi deci îşi modifică dimensiunile, apoi se usucă, şi îşi schimbă încă o
dată dimensiunile. Aceste variaţii îi dăunează atât lui, cât şi structurii în care este inclus. Prin
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 89
urmare, este absolut necesară tratarea lui cu substanţe care ţin apa deoparte. Acestea sunt utile
atât pentru lemnul în sine, cât şi pentru conservarea celorlalte substanţe cu care este tratat
lemnul.
Soluţie pentru hidrofugare
O variantă ieftină este uleiul de in, aplicat în 2-3 straturi. Pentru a omorî insectele, se
poate combina cu un insecticid (recomandabil ar fi unul bio, cumpărat de la magazinele
fitosanitare). După ce uleiul s-a uscat, lemnul poate fi băiţuit sau vopsit.
Tratamentul împotriva insectelor
Dacă nu este tratat de producător, lemnul brut (buşteni, scândură etc.) conţine ouă,
dacă nu chiar larve de carii. Într-un interval de timp cuprins între 1 şi 3 ani, rezultatele
atacului insectelor se va vedea cu ochiul liber. Pentru a preveni acest lucru, lemnul trebuie
tratat înainte de a fi folosit la construcţii. Cea mai bună metodă este încălzirea lemnului la
60°C, timp de o jumătate de oră, sau fierberea lui la aburi (producătorii serioşi fac acest lucru,
iar tratamentul respectiv este specificat în fişa tehnică a produsului). Prin acest tratament se
distrug posibilele larve aflate în interiorul lemnului. Ulterior încălzirii, pentru a preveni
viitoare atacuri, se face şi un tratament cu insecticide.
Aseptizarea
Lemnul este atacat de doi inamici, lenţi, dar redutabili: o ciupercă şi un burete. Prima,
ciuperca lemnului de fereastră (Goeophyllum Trabeum) se prezintă sub forma unei
putreziciuni maron, de cele mai multe ori dezvoltată pe suprafaţa interioară a lemnului expus
intemperiilor, de pildă rama ferestrelor. Lemnul de răşinoase este cel mai atacat. Buretele alb
cu pori, cu spori late (Antrodia Vaillantii) are o culoare albă, care se îngălbeneşte încet,
treptat, la margine. Miceliul se extinde sub forma unor raze de culoare albă. Preferă
răşinoasele umede, dar atacă şi foioasele.
Produsele cuprice folosite în pomicultură (sulfatul de cupru, de pildă) sunt foarte utile
şi în această situaţie. Nu trebuie să vă temeţi de acest sulfat, intră şi-n compoziţia laptelui praf
pentru bebeluşi. Atenţie, pătează lemnul în albastru! Acest rezultat poate fi mascat prin
băiţuirea ulterioară a lemnului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 90
5.4.2. Paleta eoliană din aluminiu
Aluminiul, cel mai raspandit element metalic din scoaţa pamântului, a căpătat în
secolul nostrum o importanţă deosebită. După fier, a devenit metalul cu cea mai larga
întrebuinţare.
Denumirea aluminiului derivă de la sulfatul dublu de aluminiu şi potasiu(alaun),
substanţă cunoscută la romani sub denumirea de ‘’alumen’’ şi folosită ca mordant în
vopsitorie.
În natură nu se află în stare liberă, ci numai sub formă de combinaţii chimice ca oxizi
sau silico-aluminaţi. Cel mai utilizat minereu pentru fabricarea aluminiului este bauxita, în
care aluminiul se gaseşte, în special, sub forma de hidroxid. Aceasta a fost descoperită pentru
prima data in localitatea Les Baux(Franta), de unde i se trage şi numele şi unde se gaseste in
cantitate foarte mare.
Aluminiul a fost obţinut pentru prima data de H.C. Oersted in 1925 şi în anul 1927 de
F. Wöhler susţinea ca este unul din metalele cele mai uşor corodabile.
Saint-Claire Deville, la Ecole Normale din Paris, prepara şi el aluminiul pentru a-i
studia proprietatile, cu care ocazie găseşte, dimpotrivă, că este unul dintre metalele care se
oxidează cel mai greu. El constată că în aer liber aluminiul se conserva excelent, datorită
formarii unei pojghite subtiri de oxid care apara restul metalului de coroziune. Este vorba
deci de un fenomen cunoscut sub denumirea de pasivizare.
Proprietatile interesante pe care le-a remarcat la aluminiu il determină pe Saint-Claire
Deville să se preocupe intens de fabricarea acestui metal. Cu sprijinul financiar al guvernului
francez al lui Napoleon al III-lea, el reuseşte sa prezinte, in 1855 la Expozitia universală din
Paris, o bară de aluminiu, în greutate de câteva zeci de kilograme , obtinuta din bauxita.
Deville numeşte acest metal foarte uşor şi stralucitor ca argintul ,,argint de lut,,.
Aluminiul a fost remarcat pentru faptul că este un metal
ușor, cu o densitate de 1030 kg/m3.
Este un metal ductil și maleabil, fiind posibilă obținerea
unei foițe subțiri de 0.005 mm grosime. O altă proprietate
importantă a acestui metal este rezistența la coroziune,
care se datorează formării unui strat protector de oxid.
Rezistă la acțiunea chimică a acidului azotic diluat sau
concentrat.
Paleta eoliana din aluminiu are următoarele caracteristici:
Lungime: 1000 mm
Latime:150 mm
Grosime: 80 mm
Greutate: 12,36 kg
Pret: 394,284 lei
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 91
Metoda aplicată de Deville pentru obţinerea aluminiului nu a putut fi însa extinsă
deoarece era prea scumpa.
Aluminiul este un metal alb-argintiu şi care posedă o mare plasticitate. Cristalizează
în sistemul cubic cu fete centrate fară a mai avea şi alte forme alotropice.
Una din cele mai importante proprietăţi chimice ale aluminiului este rezistenţa la
coroziune, datorită formarii unei pojghite protectoare de oxid. Aceasta, atât în apă rece cât şi
în apă fierbinte. Trebuie avut în vedere că impurităţile sau unele elemente de aliere îi
diminuează rezistenţa la coroziune. Este, de asemena, rezistent la acţiunea chimică a acidului
sulfuric şi a acidului azotic, diluaţi sau concentrati.
O alta proprietate chimica importanta pe care o prezinta aluminiul este marea
afiniatate fata de oxigen. Ca urmare, pulberea de aluminiu introdusa in flacara arde degajand
o mare cantitate de caldura.
Datorita acestei mari afinitati pentru oxigen, aluminiul este considerat ca un bun agent
reducator şi de aceea este utilizat la obtinerea unor metale din oxizi, prin metoda
aluminotermica.
Fiind un metal cu proprietati deosebite are numeroase utilizari in foarte multe
domenii. Ca urmare, productia mondiala de aluminiu, in anul 1980, a atins 15 000 000 tone
pe an. Printre tarile producatoare de aluminiu se numara şi Romania a carei productie de
aluminiu depaseste in prezent 250 000 tone pe an.
Cea mai mare parte din productia de aluminiu se obtine prin electroliza aluminei
topite. Deoarece bauxita contine numeroase impuritati, in prima faza sunt necesare o serie de
operatiii pentru obtinerea aluminei pure. Daca bauxita are un continut mai mic de 8%
obtinerea aluminei pure se face dupa procedeul Bayer.
Procedeul poarta numele chimistului K.I. Bayer, care l-a conceput şi experimentat la
Petrograd, la sfarsitul secolului trecut. Potrivit acestui procedeu bauxita macinata este
descompusa cu ajutorul unei solutii concentrate de hidroxid de sodiu, la o temperatura de
180-200°C.
In continuare, produsul rezultat din reactie este trecut intr-un bazin cu apa unde
aluminatul de sodiu se dilueaza şi trece in solutie, iar reziduurile raman pe fundul bazinului
sub forma unui mal, numit namol rosu. Dupa decantare şi filtrare, solutia de aluminat de
sodiu se dilueaza cu apa, operatie care se face intr-un recipient, obtinandu-se descompunerea
aluminatului de sodiu.
Alumina hidratata rezultata din reactie precipita, iar hidroxidul de sodium ramane in
solutie. Dupa filtrare, alumina hidratata se calcineaza urmand a fi dizolvata in criolit topit şi
supusa electrolizei, care reprezinta o alta etapa importanta din metalurgia aluminiului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 92
La temperatura de 950°C, prin trecerea curentului electric, alumina dizolvata se
descompune in aluminiu şi oxigen care se colecteaza la anod. Electroliza aluminei se face
intr-o instalatie formata, in principal, din mai multe vase, de o constructie speciala, numite
celule pentru electroliza aluminei. Acestea au forma paralepipedica şi sunt captusite in
interior cu blocuri presate din carbune care sunt legate la catodul unei surse de curent. Anozii
sunt confectionati din tot din carbon şi sunt cufundati in baia de alumina şi criolit.
Îndelungatul proces de obținere a aluminiului nu se termină după ce s-a realizat
electroliza aluminei topite. Deoarece aluminiul rezultat conține și impurități, acesta este
supus în final unor operații de rafinare care se fac atât prin metode termice cât și pe cale
electrolitică.
Ciclul de viață al paletei eoline din aluminiu se face conform următoarelor etape:
electroliza
rafinarea aluminiului
fabricarea palei eoliene
faza de utilizare
faza de post-utilizare
obtinerea aluminei
Obtinerea bauxitei
Figura 5.12. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 93
In urma utilizarii programului CES EduPACK s-au stabilit emisiile de CO2 in urma
consumului de energie pe toata durata vietii, iar in figura urmatoare sunt evidentiate datele de
in cazul eco-auditului paletei eoliene din fibra de carbon
Figura 5.13. Schema procesului de fabricare a paletelor eoliene din aluminiu
Paleta este utlizata 25 ani dupa care este inmagazinata in depozitul de deseuri.
Conform eco-auditului pentru paletei eoline din aluminiu se constată urmatoarele
caracteristici:
Tabel 5.12. Analiza consumului de energie şi al amprentei de carbon pentru paleta
eoliana din aluminiu.
Faza Energie
(MJ)
Energie
(%) CO2 (kg) CO2 (%)
Producerea materialului 36342,79 99,89 2421,17 99,89
Fabricarea palei 4,84 0,01 0,38 0,02
Transportul palei 10,30 0,03 0,73 0,03
Utilizarea palei 0,00 0,00 0,00 0,00
Post utilizarea palei 24,24 0,07 1,45 0,06
Total 36382,18 100 2423,74 100
Pentru producerea aluminiului se mobilizeaza aproape toata energia (99,89%),
fabricarea, transportul, utilizarea şi post – utilizarea palei nu au valori semnificative
comparativ cu producerea
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 94
5.4.3. Paleta eoliana din oțel
Cea mai mare parte a producţiei de oțel se obține prin procedeul de topitorie cu
oxigen bazic. Acest procedeu foloseşte foarte puţin combustibil şi de aceea este mai
economic. Fierul topit se toarnă într-un cuptor căptuşit cu cărămizi termorezistente
(covertizor). Un tub răcit cu apă, numit rangă, se coboară în convertizor până ce vârful său
ajunge chiar deasupra metalului topit. Apoi oxigenul, suflat prin rangă, reacţionează energic
cu carbonul din fier, producând destulă căldură pentru a menţine şarja topită.. Se adaugă var
nestins şi alte materiale fondante în funcţie de necesităţi.
Când se insuflă oxigenul, se degajă cantităţi mari de monoxid de carbon şi alte gaze.
Aceste gaze sunt aspirate de ventilatoare printr-o calotă de deasupra convertizorului.
Monoxidul de carbon poate fi folosit drept gaz combustibil în alte părţi ale uzinei, sau poate
fi ars. Celelalte gaze sunt purificate înainte de a fi eliminate în atmosferă. La sfârşitul
procedurii, oţelul se evacuează din convertizor şi apoi se îndepărtează zgura.
Oţelul provenit direct din furnal poate fi turnat în matriţe pentru fabricarea pieselor
turnate. Dar majoritatea oţelului se toarnă în lingouri care se laminează sau se ciocănesc
pentru a forma foi de tablă, bare sau alte forme. Lingourile tipice sunt între 50 kg şi 30 de
tone, în funcţie de felul în care urmează să fie prelucrat.
Oțelul este un aliaj ce conține ca elemente principale fierul
și carbonul, având un conținut de carbon sub 2,11 % .
Oțelurile sunt materialele cu cea mai largă utilizare în
industrie. Proprietățile lor pot să varieze în limite foarte
largi în funcție de conținutul de carbon și de alte elemente
de aliere. În condiții de echilibru, cei mai importanți
constituenți ai oțelurilor nealiate sunt ferita, austenita,
cementita și perlita.
Pentru a îmbunătăți cât mai mult duritatea și rezistența
oțelurilor, acestea se supun de regulă unor tratamente
termice cum ar fi călirea sau nitrurarea.
Paleta eoliana din oțel are urmatoarele caracteristici:
Lungime: 1000 mm
Latime:150 mm
Grosime: 24 mm
Greutate: 27,36Kg
Pret: 209,57RON
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 95
obținerea oțelului
fabricarea palei eoliene
faza de utilizare
faza de post-utilizare
convertizare
Obtinerea fierului
Figura 5.14. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din oțel
5.4.4. Paleta eoliană din fibră de sticlă
Proprietăţile fibrelor de sticlă sunt:
- pot fi produse sub diferite forme (fire, ţesături, mat-uri, multistrat etc.);
- aderenţă excelentă cu toate răşinile;
- dilatare termică redusă;
Fibrele de sticlă sunt fabricate dintr-un amestec
care are bază oxidul de siliciu (Si02), ce este topit şi
trecut printr-o filieră. Fibrele de sticlă sunt destul de
ieftine din cauza materiei prime care este abundentă
(siliciu, calciu, caolin etc) şi a simplităţii proceselor
tehnologice de prelucrare.
Paleta eoliana din fibra de sticla are urmatoarele
caracteristici:
Lungime: 1000 mm
Latime:150 mm
Grosime: 50 mm
Greutate:13,5 kg
Pret: 220,05 RON
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 96
- rezistenţe ridicate la umiditate şi coroziune
- proprietăţi dielectrice superioare
Fibra de sticlă constituie una dintre cele mai importante materiale de construcție
rezistente la variații de temperatură, de îmbătrânire a materialelor sau la acțiunea unor
substanțe chimice agresive. Fibrele de sticlă se amesteca cu alte substanțe plastice pentru a le
creste elasticitatea şi rezistența mecanică.
Compozitia oxidica a sticlei este:
- SiO2 55% - nisip
- CaO 21% - calcar
- Na2O 1% - acid boric
- Al2O3 15% - alumină
- B2O3 8% - borax
In tabelul urmator se prezinta fluxul tehnologic de fabricare a fibrei de sticla:
Figura 5.15. Fluxul tehnologic de realizare a fibrei de sticlă
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 97
Procesul tehnologic de obţinere a fibrelor de sticlă comportă două etape şi anume:
- topirea minereului silicos la 1200÷1600°C în cuptoare speciale. Din topitura de sticlă
se confecţionează baghete sau bile (sfere), care sunt sortate, pentru eliminarea acelora
care conţin părţi netopite sau alte defecte;
- filarea se realizează din topirea bilelor sortate la temperatura de topire specifică
tipului de minereu folosit şi trecerea acestei mase vâscoase prin orificiile filierelor.
Filamentele la ieşirea din filieră, în contact cu un curent de aer, se răcesc şi se
solidifică, apoi se înfăşoară cu o viteză mare pe formate speciale, realizându-se astfel
o puternică etirare, cu subţierea corespunzătoare a filamentelor.
producerea fibrei de
sticlaepiclorhidrina bisphenol-A
fibra de sticla producerea rasinii
epoxidicefabricarea matritei
fabricarea palei eoliene
faza de utilizare
faza de post-utilizare
f
Figura 5.16. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de sticlă
Paleta este utlizata 25 ani dupa care este inmagazinata in depozitul de deseuri
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 98
5.4.5. Paleta eoliană din fibră de carbon
Pentru obținerea fibrei de carbon, se folosesc o varietate mare de materiale, numite
precursoare. Acestea sunt filate în filamente subțiri care sunt apoi convertite în fibră de
carbon în 4 etape:
- stabilizarea (oxidarea)
- carbonizare
- grafitizare
- tratamentul suprafeței
Fibrele continue sunt apoi bobinate și comercializate pentru țesere sau pentru alte
procedee de obținere a structurilor din fibră de carbon (filament winding, pultrusion).
Materialul precursor predominant în fabricarea fibrelor de carbon este poliacrilonitrilul
(PAN).
Fibra de carbon este considerata fibra cu un continut de cel
putin 90% carbon. Fibra de carbon are la bază o structură
atomică plană cu legături foarte puternice între atomii de
carbon, covalente. În locul straturilor plane de atomi din
carbon, care se găsesc în grafit, fibra de carbon este
formată din panglici de atomi de carbon, spiralate, aliniate
paralel cu axa fibrei. Paleta eoliana din fibra de carbon are
urmatoarele caracteristici:
Lungime: 1000 mm
Latime:150 mm
Grosime: 35 mm
Greutate: 87,53Kg
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 99
tratarea suprafetei epiclorhidrina bisphenol-A
fibre de carbon producerea rasinii
epoxidicefabricarea matritei
fabricarea palei eoliene
faza de utilizare
faza de post-utilizare
carbonizare
stabilizare
sortare
polimerizare
producerea
acrilonitrilului
Figura 5.17. Schema ciclului de viata al paletelor eoliene din fibră de carbon
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 100
6. U
Acest capitol este structurat în trei parti: în prima parte se va determina amprenta de
carbon pe baza consumului de energie pentru şase tipuri de materiale utilizate în construcţii,
urmând ca în cea de-a doua parte să se realizeze o matrice de impact a acestor materiale. In
ultima parte a capitolului se face o inventariere a formelor de impact generat de tipul
materialului utilizat pe perioada fabricării şi punerii în operă.
6.1. Analiza parametrică a impactului generat de fiecare tip de material
Spre exemplificare s-a ales un studiu reprezentat de construcția de grinzi cu lungimi
de 4, 5, 6, 7, 8, 9 şi 10 metri astfel dimensionate încât să reziste încarcarilor de 10 N/mm, 15
N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm şi 30 N/mm. Materialele utilizate pentru construcţia grinzilor
sunt: lemn, aluminiu, oțel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton.
Analiza parametrică se va realiza în funcție de greutatea și dimensiunile grinzii,
rezistențele mecanice, condiţii de deformabilitate şi sageată ale materialului, preț de
producție, emisiile de CO2 în funcţie de energia consumată pe durata viații evidențiindu-se
avantajele și dezavantajele utilizării fiecărui tip de material. Acest studiu prezintă rezultatul
analizei dpdv al greutăţii, preţului, energiei consumate şi al amprentei de carbon pentru a se
putea stabili impactul generat de fiecare tip de material.
Pentru a se determinat consumul de energie si amprenta de carbon a grinzilor
fabricate din materialele mentionate anterior s-a utilizat programul de calcul CES EduPACK.
In functeie de eco-auditul realizat de acest program s-au putut stabili impactul asupra
mediului in fiecare etapa din viata fiecarui material.
6.1.1. Determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie pentru
fiecare etapa din ciclul de viaţă al unei grinzi
Pentru realizarea grinzilor se vor avea in vedere urmatoarele caracteristici in:
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 101
- în cazul utilizarii lemnului s-a ales grinzi dreptunghiulare realizate din lemn de brad;
- în cazul grinzilor din aluminiu s-a utilizat aluminiu simplu, netratat.
- în cazul utilizării oţelului s-au ales profilele prefabricate I şi U;
- în cazul fibrei de sticală şi al fibrei de carbon s-au utilizat raşini epoxidice
- în cazul grinzii din beton s-au calculat greutatea, emisiile, enrgia consumată a
betonului simplu (nearmat)
- betonul utilizat este din clasa C 25/30.
- s-au ales dimensiuni mai mici de 10 metri pentru a se putea respecta conditiile de
transport
Cu ajutorul tabelelor de tipul celui prezentat mai jos s-au determinat dimensiunile,
greutatea si pretul fiecarui tip de material utilizat la fabricarea grinzii in functie de conditiile
de stabilitate, ductilitate si rezistenţă.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 102
Tabel 6.1. Determinarea dimensinilor, greutatii şi pretului pentru grinda realizata din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de
carbon şi beton
valori/materiale Unitate de
masura Lemn Aluminiu Otel I20 Fibra de sticla Fibra de carbon Beton C25/30
Lungimea ( r ) [mm] 4000 4000 4000 4000 4000 4000
latime (b) [mm] 150 130 90 125 85 120
Inaltime ( h ) [mm] 300 300 200 300 200 300
Dist pana la centrul de
greutate ( z) [mm] 150 150 100 150 100 150
Conditie de deformabilitate (mm) 13,33 13,33 13,33 13,33 13,33 13,33
Sageata (mm) 12,629 12,916 11,88 12,84 12,75 5,68
Modul de elasticitate (N/mm2) 11700 13200 196000 13800 69000 32500
q [N/mm] 15 15 15 15 15 15
Momentul de dimensionare
(M) [Nmm] 30000000 30000000 30000000 30000000 30000000 30000000
Iy moment de inertie [mm^4] 337500000 292500000 21400000 281250000 56666666,67 270000000
Rezistenta la rupere calculata [N/mm^2] 13,33 15,38 140,18 16 52,94 16,66
Rezistenta la rupere standard [N/mm^2] 61 50 590 138 276 18
Densitatea materialului (ρ) [kg/m^3] 480 1030 7600 1800 1700 2200
Acceleratia gravitationala (g) [m/s^2] 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665 9,80665
Greutatea specifica (γ) [N/m^3] 4707,192 10100,8495 74530,54 17651,97 16671,305 21574,63
Volumul [W] [mm^3] 180000000 156000000 13400000 150000000 68000000 144000000
Greutatea (G) [N] 847,29 1575,73 998,70 2647,79 1133,64 3106,74
Masa (Kg)
86,4 160,68 101,84 270 115,6 316,8
Pret/kg [Ron/kg] 4,45 31,9 7,66 16,3 70,4 0,192
Preţ total [Ron/kg] 384,48 5125,69 780,09 4401 8138,24 60,82
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 103
Prin intermediul metodologiei şi activităţilor implementate în acest studiu se va oferi posibilitatea alegerii unui anumit material pentru
realizarea grinzilor, în conformitate cu obiectivele de sustenabilitate și de protecția mediului.
În tabelele urmatoare se vor centraliza valorile privind dimensiunile, greutatea, pretul energia consumata emisiile de CO2 pe intraga
durata de viata a grinzilor realizate din: lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton in functie de lungimile si incarcarile
grinzilor.
Tabel 6.2. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 4 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=4
Latime 120 110 82 105 65 90
Inaltime 280 280 180 280 190 280
Greutate 64,52 126,89 84,82 211,68 83,98 221,76
Pret 287,08 4047,98 649,69 3450,38 5912,19 42,58
Energie consumata (MJ) 534 38100 6900 23800 22900 297
CO2 (kg) 32.3 2540 433 1660 1450 23,7
Q=15
N/mm
L=4
Latime 150 130 90 125 85 120
Inaltime 300 300 200 300 200 300
Greutate 86,4 160,68 101,84 270 115,6 316,8
Pret 384,48 5125,69 780,09 4401 8138,24 60,83
Energie consumata 671 48200 8280 30400 31500 425
CO2 39,8 3210 520 2120 1990 33,9
Q=20
N/mm
L=4
Latime 140 120 98 120 85 120
Inaltime 340 340 220 340 220 340
Greutate 91,39 168,096 120,384 293,76 127,16 359,04
Pret 406,69 5362,26 922,14 4788,29 8952,064 68,94
Energie consumata 715 50400 9790 33100 34600 481
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 104
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
CO2 43.3 3360 615 2310 2190 38,4
Q=25
N/mm
L=4
Latime 160 140 106 135 82 140
Inaltime 350 350 240 350 240 350
Greutate 107,52 201,88 140,14 340,2 133,824 431,2
Pret 478,464 6439,972 1073,50 5545,26 9421,20 82,79
Energie consumata 889 60600 11400 38300 36400 578
CO2 53.9 4040 716 2670 2310 46,1
Q=30
N/mm
L=4
Latime 170 150 106 145 98 160
Inaltime 360 360 240 360 240 360
Greutate 117,504 222,48 140,144 375,84 159,936 506,88
Pret 522,89 7097,112 1073,50 6126,19 11259,49 97,32
Energie consumata 972 66800 11400 42300 43600 679
CO2 58.9 4450 716 2950 2760 54,2
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 105
Se consată urmatoarele:
Pentru lungimi de 4 metri
Cea mai mare greutate o au grinzile din beton, cel mai mare preţ este în cazul
grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi energie consumata sunt in
cazul grinzii din aluminiu.
0
200
400
600
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
kG
Greutatea
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
05000
1000015000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
0
20000
40000
60000
80000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
2000
4000
6000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 106
Tabel 6.3. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preţurile, energia consumată si amprenta de carbon pentru grinda
realizată din lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 5 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm,
20 N/mm, 25 N/mm si 30 N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=5
Latime 160 150 98 135 85 110
Inaltime 320 320 220 320 220 320
Greutate 122,88 247,2 150,48 388,8 158,95 387,2
Pret 546,81 7885,68 1152,67 6337,44 11190,08 74,34
Energie consumata 1020 74200 9790 43800 43300 519
CO2 61,5 4940 615 3050 2740 41,4
Q=15
N/mm
L=5
Latime 190 170 106 155 98 140
Inaltime 350 350 240 350 240 350
Greutate 159,6 306,42 175,18 488,25 199,92 539
Pret 710,22 9774,95 1341,87 7958,475 14074,36 103,48
Energie consumata 1320 91900 11400 55000 43300 722
CO2 79,9 6130 716 3840 2740 57,6
Q=20
N/mm
L=5
Latime 190 170 113 165 105 160
Inaltime 380 380 260 380 260 380
Greutate 173,28 332,69 202,92 564,3 232,05 668,8
Pret 771,09 10612,81 1554,36 9198,09 16336,32 128,40
Energie consumata 1430 99800 16500 63500 63200 896
CO2 86,8 6650 1040 4430 4000 71,5
Q=25
N/mm
L=5
Latime 210 185 119 180 105 170
Inaltime 400 400 280 400 280 400
Greutate 201,6 381,1 232,18 648 249,9 748
Pret 897,12 12157,09 1778,49 10562,4 17592,96 143,61
Energie consumata 1670 114000 18900 72900 68100 1000
CO2
101 7620 1190 5090 4310 80
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 107
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=30
N/mm
L=5
Latime 250 220 125 210 120 210
Inaltime 400 400 300 400 280 400
Greutate 240 453,2 262,58 756 285,6 924
Pret 1068 14457,08 2011,36 12322,8 20106,24 177,40
Energie consumata 1980 136000 21400 85100 77800 1240
CO2 120 9060 1340 5940 4920 98,8
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 108
Pentru lungimi de 5 metri.
Şi în acest caz se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai
mre preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi
energie consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.
0
500
1000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
10000
20000
30000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
50000
100000
150000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
5000
10000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 109
Tabel 6.4. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preţurile, energia consumată şi amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 6 m şi încărcări de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=6
Latime 160 140 113 135 90 130
Inaltime 380 380 260 380 260 380
Greutate 175,10 328,77 243,54 554,04 238,68 652,08
Pret 779,21 10487,95 1865,24 9030,85 16803,07 125,19
Energie consumata 1450 98700 16500 62400 65000 874
CO2 87,7 6570 1040 4350 4120 69,7
Q=15
N/mm
L=6
Latime 210 180 119 175 105 160
Inaltime 400 400 280 400 280 400
Greutate 241,92 444,96 278,616 756 299,88 844,8
Pret 1076,54 14194,22 2134,19 12322,8 21111,55 162,20
Energie consumata 2000 134000 18900 85100 81700 1130
CO2 121 8890 1190 5940 5170 90,3
Q=20
N/mm
L=6
Latime 240 210 125 200 110 190
Inaltime 420 420 300 420 300 420
Greutate 290,304 545,076 315,096 907,2 336,6 1053,36
Pret 1291,8528 17387,9244 2413,63 14787,36 23696,64 202,24512
Energie consumata 2260 164000 21400 102000 91700 1410
CO2 134 10900 1340 7130 5800 113
Q=25
N/mm
L=6
Latime 245 190 131 180 115 200
Inaltime 470 470 320 470 320 450
Greutate 331,632 551,874 354,768 913,68 375,36 1188
Pret 1475,7624 17604,7806 2717,52 14892,984 26425,344 228,096
Energie consumata 2580 166000 28900 103000 102000 1590
CO2 153 11000 1810 7180 6470 127
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 110
Q=30
N/mm
L=6
Latime 210 190 143 180 120 200
Inaltime 500 500 360 500 340 500
Greutate 302,4 587,1 442,77 972 416,16 1320
Pret 1345,68 18728,49 3391,66 15843,6 29297,664 253,44
Energie consumata 2500 176000 36000 109000 113000 1770
CO2 151 11700 2260 7640 7180 141
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 111
Pentru grinzi de 6 metri:
Şi în acest caz se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai
mre preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi
energie consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.
0500
10001500
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
0
20000
40000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
050000
100000150000200000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
5000
10000
15000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 112
Tabel 6.5. Centralizator privind dimensinile, greutăţile , preţurile, energia consumată şi amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton cu deschideri de 7 m şi încarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=7
Latime 230 200 119 190 110 150
Inaltime 400 400 280 400 280 400
Greutate 309,12 576,8 325,05 957,6 366,52 924
Pret 1375,58 18399,92 2489,89 15608,88 25803 177,40
Energie consumata 2560 173000 18900 108000 99800 1240
CO2 155 11500 1190 7520 6320 98,8
Q=15
N/mm
L=7
Latime 230 210 131 195 110 160
Inaltime 450 450 320 450 320 450
Greutate 347,76 681,345 413,896 1105,65 418,88 1108,8
Pret 1547,53 21734,90 3170,44 18022,09 29489,15 212,89
Energie consumata 2880 204000 28900 124000 114000 1410
CO2 174 13600 1810 8690 7220 119
Q=20
N/mm
L=7
Latime 230 200 143 190 120 170
Inaltime 500 500 360 500 340 500
Greutate 386,4 721 516,572 1197 485,52 1309
Pret 1719,48 22999,9 3956,94 19511,1 34180,60 251,32
Energie consumata 3200 216000 36000 135000 132000 1750
CO2 194 14400 2260 9400 8370 140
Q=25
N/mm
L=7
Latime 280 250 143 240 130 210
Inaltime 500 500 360 500 360 500
Greutate 470,4 901,25 516,572 1512 556,92 1617
Pret 2093,28 28749,87 3956,94 24645,6 39207,16 310,46
Energie consumata 3890 270000 36000 170000 152000 2170
CO2 236 18000 2260 11900 9600 173
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 113
Q=30
N/mm
L=7
Latime 340 310 155 290 140 260
Inaltime 500 500 400 500 370 500
Greutate 571,2 1117,55 627,76 1827 616,42 2002
Pret 2541,84 35649,84 4808,64 29780,1 43395,96 384,38
Energie consumata 4720 335000 51100 206000 168000 2680
CO2 286 22300 3210 14400 10600 214
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 114
Pentru grinzi de 7 metri:
Se constată că greutatea cea mai mare o au grinzile din beton, cel mai mare preţ este
in cazul grinzilor din fibra de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 şi energie consumata
sunt in cazul grinzii din aluminiu.
0
1000
2000
3000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
20000
40000
60000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
0100000200000300000400000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
10000
20000
30000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 115
Tabel 6.6. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton cu deschideri de 8 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=8
Latime 240 210 131 200 135 150
Inaltime 450 450 320 450 300 450
Greutate 414,72 778,68 473,02 1296 550,8 1188
Pret 1845,50 24839,89 3623,36 21124,8 38776,32 228,09
Energie consumata 3430 234000 38500 146000 150000 1590
CO2 208 15600 2420 10200 9500 127
Q=15
N/mm
L=8
Latime 260 230 143 220 120 170
Inaltime 500 500 360 500 360 500
Greutate 499,2 947,6 590,36 1584 587,52 1496
Pret 2221,44 30228,44 4522,21 25819,2 41361,40 287,23
Energie consumata 4130 284000 36000 178000 160000 2000
CO2 250 18900 2260 12400 10100 160
Q=20
N/mm
L=8
Latime 260 230 155 220 120 190
Inaltime 550 550 400 550 400 550
Greutate 549,12 1042,36 717,44 1742,4 652,8 1839,2
Pret 2443,58 33251,28 5495,59 28401,12 45957,12 353,12
Energie consumata 4540 313000 58400 196000 178000 2460
CO2 275 20800 3670 13700 11300 197
Q=25
N/mm
L=8
Latime 320 280 155 270 140 240
Inaltime 550 550 400 550 400 550
Greutate 675,84 1268,96 717,44 2138,4 761,6 2323,2
Pret 3007,48 40479,82 5495,59 34855,92 53616,64 446,05
Energie consumata 5590 381000 58400 241000 207000 3110
CO2 339 25400 3670 16800 13100 248
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 116
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=30
N/mm
L=8
Latime 300 280 143 270 120 240
Inaltime 600 600 360 550 450 550
Greutate 691,2 1384,32 1180,73 2138,4 734,4 2323,2
Pret 3075,84 44159,80 9044,43 34855,92 51701,76 446,05
Energie consumata 5720 415000 241000 200000 3110
CO2 346 27700 16800 12700 248
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 117
Pentru grinzi de 8 metri:
Şi în acest caz se constată ca grinda din beton are cea mai mare greutate; cel mai mare
preţ este în cazul grinzilor din fibră de carbon, iar cele mai multe emisii de CO2 în funcţie de
energia consumată sunt în cazul grinzii din aluminiu.
0
1000
2000
3000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
50000
100000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
0
200000
400000
600000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
10000
20000
30000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
8m q= 10
8m q=15
8m q=20
8m q=25
8m q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 118
Tabel 6.7. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton cu deschideri de 9 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=9
Latime 240 210 143 200 130 170
Inaltime 500 500 360 500 340 500
Greutate 518,4 973,35 664,16 1620 676,26 1683
Pret 2306,88 31049,86 5087,49 26406 47608,70 323,13
Energie consumata 4290 292000 182000 184000 2260
CO2 260 19500 12700 11700 180
Q=15
N/mm
L=9
Latime 280 240 155 230 130 210
Inaltime 550 550 400 550 390 500
Greutate 665,28 1223,64 807,12 2049,3 775,71 2079
Pret 2960,49 39034,11 6182,53 33403,59 54609,98 399,16
Energie consumata 5500 367000 58400 231000 211000 2790
CO2 333 24500 3670 16100 13400 222
Q=20
N/mm
L=9
Latime 270 240 155 230 155 210
Inaltime 600 600 400 600 400 600
Greutate 699,84 1334,88 807,12 2235,6 948,6 2494,8
Pret 3114,28 42582,67 6182,53 36440,28 66781,44 479
Energie consumata 5790 401000 58400 252000 258000 3340
CO2 351 26700 3670 17600 16400 267
Q=25
N/mm
L=9
Latime 310 280 90 260 195 230
Inaltime 620 620 260 620 400 620
Greutate 830,304 1609,272 330,372 2611,44 1193,4 2823,48
Pret 3694,85 51335,77 2530,64 42566,47 84015,36 542,10
Energie consumata 6870 483000 18900 294000 325000 3780
CO2 416 32200 1190 20500 20600 302
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 119
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=30
N/mm
L=9
Latime 320 290 90 270 195 240
Inaltime 650 650 260 650 425 650
Greutate 898,56 1747,39 330,37 2843,1 1268 3088,8
Pret 3998,59 55741,90 2530,64 46342,53 89266,32 593,0496
Energie consumata 7430 524000 18900 320000 345000 4140
CO2 450 34900 1190 22300 21800 330
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 120
Pentru grinzi cu lungimea de 9 metri:
0
1000
2000
3000
4000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
50000
100000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
200000
400000
600000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
20000
40000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 121
Tabel 6.8. Centralizator privind dimensinile, greutatile , preturile, energia consumata si amprenta de carbon pentru grinda realizata din
lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon si beton cu deschideri de 10 m si incarcari de 10 N/mm, 15 N/mm, 20 N/mm, 25 N/mm si 30
N/mm
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=10
N/mm
L=10
Latime 270 240 155 230 155 180
Inaltime 550 550 400 550 355 550
Greutate 712,8 1359,6 896,8 2277 935,42 2178
Pret 3171,96 43371,24 6869,48 37115,1 65853,92 418,17
Energie consumata 5890 408000 62400 256000 255000 2920
CO2 357 27200 4270 17900 16100 233
Q=15
N/mm
L=10
Latime 290 250 90 240 170 200
Inaltime 600 600 260 600 400 600
Greutate 835,2 1545 367,08 2592 1156 2640
Pret 3716,64 49285,5 2811,83 42249,6 81382,4 506,88
Energie consumata 6190 464000 28900 292000 315000 3540
CO2 418 30900 1810 20400 19900 282
Q=20
N/mm
L=10
Latime 300 270 90 250 160 220
Inaltime 650 650 260 650 450 650
Greutate 936 1807,65 367,08 2925 1224 3146
Pret 4165,2 57664,03 2811,83 47677,5 86169,6 604,03
Energie consumata 6910 542000 28900 329000 333000 4220
CO2 418 36100 1810 23000 21100 336
Q=25
N/mm
L=10
Latime 300 270 100 250 190 220
Inaltime 700 700 300 700 450 650
Greutate 1008 1946,7 446,88 3150 1453,5 3146
Pret 4485,6 62099,73 3423,100 51345 102326,4 604,03
Energie consumata 8340 584000 38500 355000 396000 4220
CO2 505 38900 2420 24700 25100 336
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 122
Lemn Aluminiu Otel Fibra de sticla Fibra de carbon Beton
Q=30
N/mm
L=10
Latime 370 320 100 310 230 280
Inaltime 700 700 300 700 450 700
Greutate 1243,2 2307,2 446,88 3906 1759,5 4312
Pret 5532,24 73599,68 3423,10 63667,8 123868,8 827,904
Energie consumata 10300 692000 38500 440000 479000 5780
CO2 623 46100 2420 30700 30300 461
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 123
Pentru grinzi cu lungimea de 10 metri:
0
2000
4000
6000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
Greutate
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
50000
100000
150000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
RO
N
Pret
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
200000
400000
600000
800000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
MJ
Energie consumata
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
0
10000
20000
30000
40000
50000
lemn aluminiu otel fibra desticla
fibra decarbon
beton
KG
CO2
q= 10
q=15
q=20
q=25
q=30
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 124
Pentru încarcari gravitaţionale uniform distribuite q = 10 N/mm
0
500
1000
1500
2000
2500
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
Greutate
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
20000
40000
60000
80000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
RO
N
Preţ
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
200000
400000
600000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
MJ
Energie consumată
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
10000
20000
30000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
CO2
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 125
Pentru incarcari q=15 N/mm
0
1000
2000
3000
4000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
Greutate
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
50000
100000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
RO
N
Preţ
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
0
200000
400000
600000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
MJ
Energie consumată
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
10000
20000
30000
40000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
CO2
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 126
Pentru incarcari q=20 N/mm
0
1000
2000
3000
4000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
Greutate
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
50000
100000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
RO
N
Preţ
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
200000
400000
600000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
MJ
Energie consumată
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
10000
20000
30000
40000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
CO2
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 127
Pentru incarcari q=25 N/mm
0
1000
2000
3000
4000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
Axis Title
Greutate
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
50000
100000
150000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
RO
N
Preţ
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
200000
400000
600000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
MJ
Energie consumată
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
20000
40000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
CO2
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 128
Pentru încarcari q=30 N/mm
0
1000
2000
3000
4000
5000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
Greutate
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Beton
0
50000
100000
150000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
RO
N
Preţ
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
500000
1000000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
MJ
Energie consumată Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
0
20000
40000
60000
4 m 5 m 6 m 7 m 8 m 9 m 10 m
KG
CO2
Lemn
Aluminiu
Otel
Fibra de sticla
Fibra de carbon
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 129
6.1.2. Concluzii
- Pana la lungimea de 9 metri cea mai mică greutate o au grinzile din lemn, peste 9
metri grinzile din otel profil U au greutatea cea mai mică;
- Pentru dimensionare grinzii din oţel s-au utilizat profile I şi U, grinzile realizate din
profile I au greutăţi aproximativ egale cu grinzile realizate din fibră de carbon;
- Cele mai mari greutăţi sunt în cazul grinzilor de fibră de sticlă şi beton;
- Cele mai mici preţuri de realizare sunt pt grinzile din beton, ele având de asemenea şi
cele mai mici emisii de CO2, şi cele mai mici consumuri de energie pe durata întregii
vieti;
- Cele mai mari preţuri de realizare sunt în cazul grinzii din fibră de carbon, de aceea
nu se recomandă utilizarea nejustificată a carboului.
- Deşi au cele mai mici greutăţi, dimensiunile (înalţimea şi lătimea) grinzilor din lemn
sunt cele mai mari;
- Deşi are o rezistenţă ridicată, fibra de sticlă este mult mai elastica comparativ cu
oţelul şi betonul, iar pt a se putea respecta condiţia de sageată se aleg înalţimi şi
lătimi mult mai mari ceea ce duce la un consum mult mai mare de material;
- În cazul utilizării profilelor U pt realizarea grinzilor din oţel se constată că acestea au
costuri mai mici comparativ cu grinzile realizate din lemn
- Desi au dimensiuni aproximativ egale grinzile din fibra de sticla au greutati mai mari,
dar preturi mai mici comparativ cu grinzile realizate din aluminiu
- Desi au dimensiuni şi greutati mult mai mici grinzile din fibra de carbon au costuri de
productie, emisii de CO2 şi energie consumata mai mari comparativ cu grinzile din
fibra de sticla
- Grinzile din aluminiu, otel, fibra de sticla, fibra de carbon şi beton sunt
incombustibile, nu putrezesc , sunt insensibile la actiunea insectelor şi au o calitate
uniforma
Concluzii generale:
- Pentru lungimi de 4 şi 5 metri materialele recomandate pentru producerea grinzilor
sunt lemnul şi betonul pentru ca au cele mai mici costuri de productie, cele mai mici
emisii de CO2, cele mai mici consumuri de energie
- Pentru lungimi mai mari de 8 metri materialul recomandat pentru producerea grinzilor
este otelul pentru ca are cele mai mici dimensiuni, cele mai mici costuri şi cele mai
mici greutati
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 130
6.2. Analiza multicriterială a impactului generat de fiecare tip de
material
Analiza multicriterială abordează o gamă largă de impacturi ale proiectului,
răspunzand direct factorilor de decizie și este deschisă evaluărilor alternative ale ponderilor
aferente diverselor impacturi.
Analiza multicriterială reprezinta o abordare structurată utilizată pentru a determina
preferințele generale dintre mai multe opțiuni alternative identificate, opțiuni care conduc la
îndeplinirea unor obiective, cu respectarea principiilor care stau la baza opțiunilor analizate.
Criteriul reprezintă parametrul în funcție de care opțiunile identificate sunt evaluate și
comparate pentru a se stabili măsura în care acestea conduc la îndeplinirea obiectivelor.
Fiecare criteriu trebuie să măsoare un aspect relevant și nu trebuie să depindă de un alt
criteriu. Criteriile sunt, în general, de două feluri: cantitative și calitative.
Analiza opțiunilor identificate ca fiabile, pentru analiza impactului fiecarui tip de
material, trebuie sa țină cont de următoarele seturi de criterii:
1. Criterii tehnice
2. Criterii economice
3. Criterii de mediu
4. Criterii sociale
Pentru identificarea celei mai bune opțiuni, fiecărui set de criterii i se va aloca un
punctaj, fie prin tehnica comparării, fie prin calculare pe baza mărimilor fizice cuantificabile
pentru criteriile respective, în cadrul unei analize multicriteriale.
6.2.1. Criteriile tehnice
Criteriile tehnice se referă la caracteristicile fizico-mecanice ale materialelor. În
cadrul criteriilor tehnice sunt considerate relevante următoarele elemente componente, care
definesc ușurința implementării unei anumite opțiuni:
1) Densitate (kg/m3)
2) Limită de curgere (MPa)
3) Rezistența de rupere la tracțiune (MPa)
4) Rezistența la compresiune (MPa)
5) Rezistența la încovoiere (MPa)
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 131
1. Densitatea
Densitatea (sau mai exact densitatea de masă, numită și masă specifică) este o mărime
fizică folosită pentru descrierea materialelor și definită ca masa unității de volum. Astfel,
densitatea unui corp este egală cu raportul dintre masa și volumul său. Densitatea este o
mărime locală (intensivă), în sensul că densitatea unui corp poate diferi de la un loc la altul și
nu depinde de mărimea corpului. Corpurile realizate din substanțe omogene au aceeași
densitate indiferent de punctul în care se face măsurarea; la un astfel de corp prin divizare se
obțin corpuri care prezintă aceeași densitate.
(14)
Unde m – masa
V - volum
2. Limita de curgere
Limita de curgere sau limita deformaţiilor mari, (punctul C) notata cu σc, este
valoarea efortului unic la care epruveta se deformează fata ca sarcina sa mai crească.
3. Rezistenţa la rupere la tracţiune
Rezistenta la rupere la tractiune σr,este efortul unitar corespunzător valorii maxime a
sarcinii. Ea este egala cu :
(15)
Unde : - este forţa maxima înregistrata la încercare ;
- este aria secţiunii iniţiale a epruvetei
6.2.2. Criterii economice
În cadrul criteriilor economice sunt analizate atât costurile de fabricare, cât și costurile
de operare.
1. Costul de fabricare
Cuprinde costul de achizitie a materiilor prime şi materialelor consumabile şi
cheltuielile de productie direct atribuibile bunului. În literatura de specialitate, costul de
producţie este considerat un indicator sintetic, care alături de productivitatea muncii şi
rentabilitate, caracterizează calitatea, eficienţa activităţii economice, modul în care sunt
gospodărite fondurile băneşti în orice întreprindere. Costul de producţie este un element
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 132
fundamental pentru succesul firmei; nivelul său trebuie în permanenţă urmărit şi analizat,
deoarece acesta influenţează în mod direct preţul de vânzare şi beneficiul care se va obţine.
2. Costuri de operare
Costurile de operare trebuie să acopere exploatarea pe durata întregii vieţi a
materialelor.
Costurile de operare vor include:
- Costuri de mentenanță
- Costuri de punere in opera
- Costuri de transport etc.
6.2.3. Criterii de mediu
Fiecare material utilizat are un anumit impact asupra mediului. În cadrul criteriilor de
mediu se va determina impactul relativ asupra mediului prin compararea impacturilor fiecărei
opțiuni identificate, ținându-se cont de următoarele aspecte:
- Energia folosita la productia primara
- Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg)
- Substante toxice degajate
- Tratamente aplicate materialului
- Post- uilizarea
- Criterii sociale
În cadrul criteriilor sociale sunt considerate relevante următoarele elemente
componente, care definesc implicațiile sociale ale unei anumite opțiuni:
6.2.4. Sănătatea umană
Sănătatea este o problemă importantă, atât pentru public cât şi pentru reglementările
legislative. Reglementările de mediu vizează protecţia sănătăţii umane, precum şi a mediului.
Echipamente de protectie folosite in etapa de punere in opera
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 133
6.2.5. Elaborarea matricei de performanţă
Analiza multicriteriala ajută la evaluarea mai multor opţiuni în cazul unor probleme şi
decizii complexe, implicand existenţa criteriilor diferite din punctul de vedere al metodelor
de măsurare.
Există mai multe metode de evaluarea multicriterială, dintre care se amintesc:
însumarea ponderilor, procesul ierarhiei analitice, metode de surclasare (ELECTRE I) etc.
Pentru analiza multicriterială a impactului materialelor compozite, se propune metoda
însumării ponderilor. Metoda, cunoscută și sub numele de modele liniare cumulative, este o
metodă foarte utilizată în cazul deciziilor multicriteriale.
Metoda însumării ponderilor, se aplică în ipoteza că criteriile sunt preferențial
independente unul de celălalt. Modelul liniar arată cum valorile anumitor criterii arefente
unei opțiuni pot fi combinate într-o valoare de ansamblu.
Acest lucru se realizează prin acordare de ponderi de la 0 la 5 in functeie de valoarea
standardizata a fiecărui criteriu, urmată de însumarea punctajelor ponderate ale tuturor
criteriilor. Calcularea punctajului total pentru fiecare alternativă de material se poate face
folosind următoarea relație:
∑
(16) în care:
– opțiunea (altenativa) identificată, unde i este numărul opțiunii;
– ponderea criteriului j, unde j ia valori între 1 și numărul de criterii n;
– punctajul acordat criteriului j, pentru opțiunea i.
De remarcat este că procesul de standardizare și acordare a ponderilelor pentru fiecare
criteriu, implică un grad ridicat de subiectivism. De aceea apare necesitatea explicarii
punctelor forte și a punctelor slabe in cazul fiecarui material.
Pentru realizarea matricei de performață, fiecare criteriu identificat anterior va primi o
anumită pondere, iar fiecare alternativă va fi punctată corespunzător fiecărui criteriu.
Criteriile tehnice, de mediu și de cost sunt criterii calitative, opțiunile care sunt
preferate altora primesc un punctaj mai mare pe scarea nivelului de preferință, iar opțiunile
mai puțin preferate primesc un punctaj mai mic. Criteriile economice sunt criterii cantitative,
bazate pe costuri de fabricare, respectiv exploatare. Opțiunea cu cel mai mic cost de
exploatare sau exploatare, primește punctaj maxim (5), celelalte opțiuni primind punctaj
funcție de aceasta. Pentru evaluarea ponderilor s-a folosit estimarea directă a importanței
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 134
relative prin atribuirea directă a unei valori fixe fircărui criteriu. S-a optat pentru o valoare
egala pe cele patru categorii de criterii adica 25 puncte distribuite egal pentru fiecare
alternativa a criteriului .
Tabel 6.9. Ponderile direct exprimate
Criterii Ponderi
A. Criterii tehnice 25
A.1. Densitate 5
A.2. Limită de curgere 5
A.3. Rezistența de rupere la tracțiune 5
A.4. Rezistența la compresiune 5
A.5. Rezistența la încovoiere 5
B. Criterii economice 25
B.1. Costuri de fabricare 10
B.2. Costuri de operare 15
C. Criterii de mediu 25
C.1.Energia folosita la productia primara 5
C.2.Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg) 5
C.3.Substante toxice degajate 5
C.4.Tratamente aplicate materialului 5
C.5.Post- uilizarea 5
D. Criterii sociale 25
D.1. Sănătatea umană; 5
D.2. Echipamente de protectie folosite in etapa de punere in
opera 5
D.3. Comportarea la foc 5
D.4. Comportarea la umezeala 5
D.5. Durata de viata 5
Astfel punctajul maxim al unui material este de 100 de puncte.
Strategiile de alegere a materialelor trebuie să fie dezvoltate pe baza unor obiective
specifice ce reflecta “eficienta economică, tehnică și de mediu”. Aceste obiective sunt
următoarele:
- Aplicabilitate: Strategia trebuie să fie bazată pe condițiile și resursele locale sau
trebuie să fie ușor adaptabilă la cele potenţial aplicabile. Aceasta include utilizarea
infrastructurii și resursele existente sau potențiale.
- Flexibilitate: Strategia nu depinde de o singură opțiune, combinarea a două sau mai
multe opțiuni este recomandată.
- Acceptabilitatea mediului: Riscurile potențiale și impacturile posibile asupra
mediului vor fi evitate sau reduse.
- Siguranța și viabilitate: Strategia trebuie supusă standardelor actuale naționale și
europene, dar este posibil să fie valabilă pentru toată perioada proiectului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 135
- Eficiența costului.
Obținerea materialelor compozite s-a impus pe baza a numeroase considerente tehnice
şi economice, între care amintim:
- necesitatea realizării unor materiale cu proprietăţi deosebite, imposibil de atins de
materialele tradiţionale;
- necesitatea creşterii siguranţei şi a fiabilităţii în exploatare a diferitelor construcţii şi
instalaţii;
- necesitatea reducerii consumurilor de materiale deficitare, scumpe sau preţioase;
- posibilitatea reducerii consumurilor de manoperă şi a reducerii duratelor tehnologice
de fabricaţie.
Strategiile de alegere a materialelor trebuie să fie dezvoltate pe baza unor obiective
specifice ce reflecta “eficienta economică, tehnică și de mediu”. Aceste obiective sunt
următoarele:
- reducerea consumului de energie pentru procesele de obţinere;
- minimizarea impactului asupra mediului;
- asigurarea necesarului de materiale pentru o populaţie în curs de dezvoltare.
Pe baza acestor criterii, și pe baza opțiunilor identificate pentru alegerea materialului
se poate realiza matricea de decizie, (Tabel 6.10), pe baza cărei se va determina opțiunea
recomandată ca fiind cea mai bună opțiune practicabilă pentru alegerea materialului, opțiunea
cu cel mai mare punctaj.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 136
Tabel 6.10. Matricea de performanță
Criterii Opțiunea
1
Opțiunea
2 …
Opțiunea
n
Criterii tehnice
Densitate (kg/m3)
Limită de curgere (MPa)
Rezistența de rupere la tracțiune (MPa)
Rezistența la compresiune (MPa)
Rezistența la încovoiere (MPa)
Criterii economice
Costuri de fabricare
Costuri de operare
Criterii de mediu
Energia folosita la productia primara
Amprenta de CO2, producție primară(kg/kg)
Substante toxice degajate
Tratamente aplicate materialului
Post- uilizarea
Criterii sociale
Sănătatea umană;
Echip de prot folosite in etapa de punere in opera
Comportarea la foc
Comportarea la umezeala
Durata de viata
PUNCTAJ TOTAL:
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 137
Tabel 6.11. Matricea de performanță
Criterii Lemn Aluminiu Otel Beton Fibra de sticla Fibra de carbon
Criterii tehnice
Densitate (kg/m3) 390 – 480 970 – 1030 7450- 7600 2200-2600 1500 – 1800 1400 - 1700
Limită de curgere (MPa) 36.3 - 44.3 25 – 30 370 – 460 1 - 1.2 110 - 193 221 - 276
Rezistența de rupere la
tracțiune (MPa) 61.8 - 75.5 50 - 70 590 - 720 1.1 – 1.3 138 - 241 276 - 345
Rezistența la compresiune
(MPa) 37.9 - 46.3 25 - 30 370 – 460 13.3 - 30 138 - 207 207 - 276
Rezistența la încovoiere
(MPa) 66.4 - 81.2 30 - 36 370 - 460 1.7- 2.4 345 - 483 517 - 655
Criterii economice
Costul de fabricare
(lei/kg) 1.41 22.72 3 0.25 6.1 50.4
Costul de mentenanta
(lei/mp)
Ignifugare =
12lei/mp
Lacuire = 15
lei/mp
0 Vopsire= 6
lei/mp Varuie= 6 lei/mp 0 0
Criterii de mediu Energie folosită, producție
primară (MJ/kg) 7.2 - 7.96 290 – 310 77.2 – 85. 3 5.4 - 6 107 - 118 259 - 286
Amprenta de CO2, producție
primară(kg/kg) 0.427 - 0.472 19 – 21 4.85 – 5.36 0.906 - 1 7.46 – 8.25 14.8 – 18.1
Substante toxice degajate - lindan
- pentaclorfenol
- xilol, toluol
- izocianaţi
- oxidul de azot,
- monoxidul de
carbon,
- metalele grele
- oxidul de azot,
- monoxidul de
carbon,
- metalele grele
- cromul
- radon
- Fenol-
- bifenili
- policloraţi
- răşina epoxi
- Fenol-
- bifenili
- policloraţi
- răşina epoxi
Tratamente aplicate
materialului
- ignifugarea
- hidrofugarea,
tratarea lemnului
Anodizarea şi
vopsirea in camp
electrostatic
Protectie
anticoroziva
Nu necesita
tratamente
speciale
Nu necesita
tratamente
speciale
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 138
Criterii Lemn Aluminiu Otel Beton Fibra de sticla Fibra de carbon
cu fungicide şi
insecticide,
aseptizarea
Post- uilizarea
Criterii sociale
Sănătatea umană
Echipamente de protectie
folosite in etapa de
punere in opera
- Casca
- Manusi
- Incaltaminte cu
bombeu metalic
- Casca
- Manusi
- Incaltaminte cu
bombeu metalic
- Casca
- Manusi
- Incaltaminte cu
bombeu metalic
- Casca
- Manusi
- Cizme
- Boneta sau basma
de protectie
- Ecran de protectie
a fetei
- Ochelari de
protectie
- Imbracaminte
pentru protejarea
corpului
- Manusi de
protectie din cauciuc
rezistent sau
material sintetic
rezistent
- Bocanci de
protectie
- Boneta sau basma
de protectie
- Ecran de protectie
a fetei
- Ochelari de
protectie
- Imbracaminte
pentru protejarea
corpului
- Manusi de
protectie din cauciuc
rezistent sau
material sintetic
rezistent
- Bocanci de
protectie
Comportarea la foc Foarte inflamabil Inflamabil Inflamabil
constituie o
excelentă barieră
împotriva focului.
Usor inflamabil Auto-stingere
Comportarea la umezeala Degradeaza
lemnul Coroziune Coroziune Nu e afectat Nu e afectat Nu e afectat
Durata de viata 50 100 100 80 150 150
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 139
Tabel 6.12. Substante daunătoare şi efectul lor asupra sănătăţii
Denumirea substanţei dăunătoare Materiale de construcţie în care
apar aceste substanţe
Efectul asupra sănătăţii
lindan
substanţele pentru protejarea
lemnului, insecticide
dereglarea sistemului nervos, crampe, vomă,
dureri de cap
xilol, toluol solvent pentru adezivi şi lacuri afecţiuni cardiace, ficat, rinichi şi
sistem nervos, iritarea pielii, căilor
respiratorii şi ochilor
pentaclorfenol substanţe de protejare a lemnului, fungicide,
substanţele care atacă ciuperca formată în lemn,
tapetul, clei
afectează ficatul şi rinichii
izocianaţi lacuri şi substanţe de lipit, plăci de strângere,
spumant pe bază de
poliuretan
irită mucoasa, astm alergic
oxidul de azot dificultati respiratorii, iritatii ale cailor respiratorii,
disfunctii ale plamanilor.
monoxidul de carbon elemente de încălzire (ardere
incompletă)
atacă sistemul nervos, ritm modificat al inimii,
slăbirea capacităţii de concentrare şi insomnii
metalele grele afectează creierul şi sistemul nervos, alergii ale
pielii, insomnii, sentiment de spaimă, afecţiuni ale
rinichilor
crom
întăritor pentru ciment, element de impregnare iritarea mucoasei, mâncărime cronică a ochilor şi
bronşită
Fenol-
răşina sintetică, cleiul,
substanţele de
impregnare
cauzează cancerul, dă dureri de cap, dereglează
sistemul nervos, văzul, rinichii, ficatul,
metabolismul, dă moleşeală
bifenili policloraţi substanşele de impregnare, plastifiant
pentru materiale plastice
afecţiuni ale rinichilor şi ficatului, cancer
răşina epoxi lacuri şi elemente de impregnare,
răşina epoxi lacuri şi elemente de impregnare, alergii, cancer, astm
radon cancerul cailor respiratrorii
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 140
Tabel 6.13. Matricea de performantain cazul materialelor comaprate
Criterii Lemn Aluminiu Otel Beton Fibra de sticla Fibra de carbon
Criterii tehnice
Densitate 5 4 0 1 2 3
Limită de curgere 2 1 5 0 3 4
Rezist la tracțiune 2 1 5 0 3 4
Rezist compresiune 2 1 5 0 3 4
Rezistența la încovoiere 3 1 4 0 4 5
Total criterii tehnice 10 8 19 1 15 20
Criterii economice
Costul de fabricare 8 2 6 10 4 0
Costul de mentenanta 5 10 10 10 15 15
Total criterii economice 13 12 16 20 19 15
Criterii de mediu
Energie folosită, 4 0 3 5 2 1
CO2 5 0 3 4 2 1
Subst toxice degajate 5 3 3 4 1 1
Trat aplic materialului 1 3 3 4 5 5
Post- uilizarea 4 5 5 3 1 1
Total criteria de mediu 19 11 17 20 11 9
Criterii sociale
Sănătatea umană 5 4 4 4 1 1
Echip de prot fol in et de
punere in opera 5 5 5 5 2 2
Comportarea la foc 0 1 2 5 3 4
Comport la umezeala 0 1 1 5 5 5
Durata de viata 2 4 4 3 5 5
Total criterii sociale 12 15 16 22 16 17
Total 54 46 68 63 61 61
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 141
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 142
6.2.6. Concluzii privind matricea de performanţă
Figura 6.1. Concluzii privind totalul crirteriilor
Identificarea celor mai bune opțiuni de mediu practicabile, este o metodologie
strategică, care a fost dezvoltată pentru identificarea opțiunii optime pentru alegerea
materialului. Această metodologie pe baza analizei multicriteriale furnizează o aplicare
completă și flexibilă ce poate fi utilizata în cadrul dimensionarii oricarui element.
Desi nu a obtinut la nici un criteriu punctajul maxim, cel mai mare punctaj l-a obtinut
otelul fiind urmat de beton (a obtinut cel mai bun punctaj la criteriile economice, de mediu şi
sociale).
Cel mai slab punctaj l-a avut aluminiul fiind defavorizat de criteriile economice şi de
mediu.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 143
Fibrele de sticlă şi carbon au însumat acelaşi puncataj, fibra de sticla fiind mai
performanta din punct de vedere al conditiilor economice şi de mediu, iar fibra de carbon
avand cele mai bune caracteristici dpdv tehnic.
6.3. Inventarierea formelor de impact generat de tipul materialului
utilizat pe perioada fabricarii şi punerii în operă
În urmatorul tabel se va evidenţia impactul pentru factorii de mediu: apa, aer, sol,
biodiversitate şi factorul uman în etapele de fabricare şi punere în operă pentru lemn,
aluminiu, oţel, fibră de sticlă, fibră de carbon şi beton
Material FACTOR DE MEDIU APA
Fabricare Punere în operă
Lemn - PTS: creșterea turbidității,
reducerea procesului de
fotosinteză algală, reducerea
cantității de oxigen din apă
- PTS: creșterea turbidității,
reducerea procesului de
fotosinteză algală, reducerea
cantității de oxigen din apă
Aluminiu - metale grele (Cu, Mg, Mn) și
PTS, SO2, NO2 – acumulare în
organisme vii, producând
mutații, boli ale sângelui
-
Oțel - metale grele (Cu, Mg, Mn) și
PTS, SO2, NO2 – acumulare în
organisme vii, producând
mutații, boli ale sângelui
-
Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul de
fabricație): otrăvitor pentru
ihtiofaună
-
Beton - PTS: creșterea turbidității,
reducerea procesului de
fotosinteză algală, reducerea
oxigenului din apă
- PTS: creșterea turbidității,
reducerea procesului de
fotosinteză algală,
reducerea oxigenului din
apă
Material FACTOR DE MEDIU AER
Fabricare Punere în operă
Lemn - PTS - PTS (antrenare eoliană), NO2,
SO2, CO, COVNM (circulația
mijloacelor de transport și
activitatea utilajelor): amplificarea
efectului de seră, apariția ploilor
acide
Aluminiu - metale grele (Cu, Mg,
Mn) și PTS, SO2, NO2:
amplificarea efectului de
seră, apariția ploilor acide
- NO2, SO2, CO, COVNM (circulația mijloacelor de transport
și activitatea utilajelor):
amplificarea efectului de seră,
apariția ploilor acide
- Emisii de ozon, oxid de fier
Oțel - metale grele (Cr, Cu, Pb,
Ni, Mo) și PTS, SO2,
- NO2, SO2, CO, COVNM (circulația mijloacelor de transport
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 144
NO2: amplificarea
efectului de seră, apariția
ploilor acide
și activitatea utilajelor):
amplificarea efectului de seră,
apariția ploilor acide
- Emisii de ozon, oxid de fier
Fibră de carbon - HCN, NH3, CO, NOX și
COV: efect de seră - NO2, SO2, CO, COVNM
(circulația mijloacelor de transport
și activitatea utilajelor):
amplificarea efectului de seră,
apariția ploilor acide
Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul
de fabricație) și COV:
poluare atmosferică
- NO2, SO2, CO, COVNM (circulația mijloacelor de transport
și activitatea utilajelor):
amplificarea efectului de seră,
apariția ploilor acide
Beton - PTS (antrenare eoliană din
depozitele de agregate):
amplificarea efectului de
seră, apariția ploilor acide
- PTS (antrenare eoliană), NO2,
SO2, CO, COVNM (circulația
mijloacelor de transport și
activitatea utilajelor): amplificarea
efectului de seră, apariția ploilor
acide
Material FACTOR DE MEDIU SOL
Fabricare Punere în operă
Lemn - PTS - PTS
Aluminiu - SO2, NO2: scăderea
capacității productive a
solului și acidifierea
solului
- ozon: influenţează negativ
procesul de fixare biologică a
azotului. Procesul de fixare a
azotului este un proces
fundamentale pentru ciclurile
fundamentale din sol (de carbon şi
energie şi de azot), inclusiv pentru
formarea şi menţinerea unei
materii organice de calitate în sol.
Oțel - SO2, NO2: scăderea
capacității productive a
solului și acidifierea
solului
- ozon: influenţează negativ
procesul de fixare biologică a
azotului. Procesul de fixare a
azotului este un proces
fundamentale pentru ciclurile
fundamentale din sol (de carbon şi
energie şi de azot), inclusiv pentru
formarea şi menţinerea unei
materii organice de calitate în sol.
Fibră de carbon - HCN, NH3, CO, NOX:
modificarea calității
solului
-
Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul
de fabricație): modifică
calitatea solului
- stiren (folosit în procesul de
fabricație): modifică calitatea
solului
Beton - PTS: influenţează negativ
calitatea solului, prin
modificarea pH-ului
- PTS: influenţează negativ
calitatea solului, prin modificarea
pH-ului
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Analiza multicriteriala a impactuli materialelor de constructii 145
Material FACTOR DE MEDIU BIODIVERSITATE
Fabricare Punere în operă
Lemn - PTS: influenţează negativ
procesul de fotosinteză și
transpirația
- PTS: influenţează negativ
procesul de fotosinteză și
transpirația
Aluminiu - SO2, NO2: scăderea sau
dispariția unor specii de
plante prin crearea unor
condiții de anabioză în sol
(scăderea capacității
productive),
- SO2: degradarea clorofilei,
reducerea fotosintezei,
creșterea ratei respiratorii,
schimbări în metabolismul
proteinelor, în bilanțul
lipidelor și al apei și în
activitatea enzimatică
- NO2: reducerea procesului
de fotosinteză și a
transpirației plantelor
- ozon: influenţează negativ
procesul de fotosinteză
Oțel - SO2, NO2: scăderea sau
dispariția unor specii de
plante prin crearea unor
condiții de anabioză în sol
(scăderea capacității
productive)
- SO2: degradarea clorofilei,
reducerea fotosintezei,
creșterea ratei respiratorii,
schimbări în metabolismul
proteinelor, în bilanțul
lipidelor și al apei și în
activitatea enzimatică
- NO2: reducerea procesului
de fotosinteză și a
transpirației plantelor
- ozon: influenţează negativ
procesul de fotosinteză
Fibră de carbon - HCN, NH3, NOX:
reducerea procesului de
fotosinteză și a
transpirației plantelor
-
Fibră de sticlă - stiren (folosit în procesul
de fabricație): dăunător
plantelor
- stiren (folosit în procesul de
fabricație): dăunător plantelor
Beton - PTS: influenţează negativ
procesul de fotosinteză și
transpirația
- PTS: influenţează negativ
procesul de fotosinteză și
transpirația
Material FACTOR UMAN
Fabricare Punere în operă
Lemn - Substanțe pentru
protejarea lemnului (lindan, pentaclorfenol):
dereglarea sistemului
- PTS: dificultăți respiratorii, iritații
ale cailor respiratorii
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 146
nervos, crampe, vomă,
dureri de cap, afecteaza
ficatul şi rinichii
Aluminiu - NO2, CO: dificultati
respiratorii, iritatii ale
cailor respiratorii,
disfunctii ale plamanilor,
ritm modificat al inimii,
slăbirea capacităţii de
concentrare şi insomnii
- metale grele (procese
tehnologice): afectează
creierul şi sistemul nervos,
alergii ale pielii, afecţiuni
ale rinichilor
- ozon (sudură): poate irita ochii și
tractul respirator, cauzează dureri
de cap și poate produce edem
pulmonar.
- oxid de fier (sudură): iritant al
sistemului respirator, afectând
nasul, gâtul şi plămânii, expunerea
pe termen lung poate cauza
sideroză, o fibroză a plămânilor
Oțel - NO2, CO: dificultati
respiratorii, iritatii ale
cailor respiratorii,
disfunctii ale plamanilor,
ritm modificat al inimii,
slăbirea capacităţii de
concentrare şi insomnii
- metale grele: afectează
creierul şi sistemul nervos,
alergii ale pielii, afecţiuni
ale rinichilor
- oxid de fier (sudură): iritant al
sistemului respirator, afectând
nasul, gâtul şi plămânii, expunerea
pe termen lung poate cauza
sideroză, o fibroză a plămânilor.
- ozon (sudură): poate irita ochii și
tractul respirator, cauzează dureri
de cap și poate produce edem
pulmonar
Fibră de carbon - rășini epoxidice, fenoli,
bifenili policlorați: alergii,
cancer, astm, afecţiuni ale
rinichilor, ficatului și
ochilor, afectarea
sistemului nervos și a
metabolismului
-
Fibră de sticlă - rășini epoxidice, fenoli,
bifenili policlorați: alergii,
cancer, astm, afecţiuni ale
rinichilor, ficatului și
ochilor, afectarea
sistemului nervos și a
metabolismului
Beton - PTS: iritarea mucoasei,
mâncărime cronică a
ochilor şi bronşită
- PTS: dificultăți respiratorii, iritații
ale căilor respiratorii
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 7. Concluzii 147
7. CONCLUZII
Problema creșterii concentrațiilor gazelor cu efecte de seră ca urmare a intensificării
activităților umane şi efectele pe care aceste gaze le au asupra comportamentului general al
climei preocupă din ce în ce mai mult lumea științifică, dar și factorii de decizie, îngrijorați de
consecințele nefavorabile pe care acumularea acestor gaze o au asupra vieții, în general. Ca
urmare teza tratează un subiect actual și de mare importanță pentru stabilitatea planetei,
subiect dezvoltat sub conceptul amprentei de carbon. Gazele cu efect de seră produc topirea
calotelor glaciare care influențează nivelul mărilor și oceanelor. Gazele cu efect de seră,
rezultate în urma activităților industriale sunt vinovate pentru creșterea în intensitate și
frecvență a fenomenelor meteorologice extreme precum tornadele, valurile de căldură,
inundații etc. Toate aceste schimbări climatice, care au tendinţa de creştere ca număr dar şi ca
intensitate, influențează în mod negativ flora și fauna care trebuie să se adapteze rapid la
noile provocări pentru a putea supraviețui.
Efectele gazelor cu efect de seră sunt calculate folosind conceptul amprentei de
carbon, care conform definiției, reprezintă cantitatea de gaze cu efect de seră, exprimată în
dioxid de carbon echivalent, emise în atmosferă de un individ, organizație, proces sau
eveniment, în cadrul unei limite specificate. Teza de doctorat abordează problemele legate de
impactul materialelor compozite utilizate în construcţii asupra mediului axându-se pe
determinarea amprentei de carbon a acestor materiale, pe întreeaga perioadă de existenţă a
acestora.
În acest context, în cadrul tezei sunt prezentate programe de calcul utilizate în
determinarea amprentei de carbon pe baza consumului de energie necesar producerii
materiilor prime dar şi produselor finite, în toate etapele ciclului de viaţă ale unui material
compozit.
Impactul generat de utilizarea acestor tipuri de materiale este semnificativ, atât în
perioada de producere a materiilor prime care formeaza materialele compozite cât şi în
perioada de utilizarea a acestora în cadrul unor produse finite. Ameliorarea impactului astfel
produs este o problema de actualitate şi se poate realiza doar prin luarea de măsuri corecte
determinate pe baza unei analize complexe de impact asupra mediului.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 148
În aceste condiţii, evaluarea impactului trebuie să asigure toate informaţiile necesare
stabilirii celor mai bune soluţii tehnice, economice şi de mediu atât in perioada de producere,
cât şi în cele de exploatare si post-utilizare a materialelor compozite.
Masurile de minimizare a impactului negativ al utilizarii materialelor compozite sunt
inca într-o fază de dezvoltare, determinată de numărul mare de parametri care influenţează
procesele de fabricare a materiilor prime si a aproduselor finite compozite. Alegerea soluţiilor
de minimizare a impactului negativ nu este o operaţie simplă, ea cuprinzând mai multe etape
de analiza.
Prezentarea în teza de doctorat a metodelor de calcul pentru determinarea amprentei
de carbon a răspuns următoarelor deziderate:
- prezentarea conceptelor teoretice, a ipotezelor de lucru cu fundamentarea teoretică a
acestora în vederea elaborării soluţiilor tehnice optime de construcţie a unor elemente
cum ar fi palele turbinelor eoliene sau grinzile de rezistenţă.
- prezentarea modelelor care permit determinarea caracteristicilor geometrice si de
rezistenta ale unor tipuri de elemente de constructii – pala pentru o turbina eoliana,
respectiv o grinda – fabricate din materiale compozite sau clasice.
- prezentarea metodelor analitice de calcul a amprentei de carbon, caracteristica unor
tipuri diferite de materiale compozite.
În lucrare, abordarea calculelor analitice s-a facut prin prezentarea ecuatiilor de baza
si a metodelor de solutionare a acestora.
Calculele amprentei de carbon funcţie de consumul de energie au fost realizate cu
ajutorul programului CES EduPack, elaborat de catre Universitatea Cambridge, Marea
Britanie.
Programul prezentat are o extindere mare datorită complexităţii şi paletei largi de
materiale analizate, care sunt împărţie patru categorii mari:
- materiale ceramice si sticlă
- matriale hibride: compozite, poliuretani, materiale naturale
- metale si aliaje
- polimeri: plastice, elastomeri.
Programul dispune de o interfaţă grafică prietenoasă, care asigură pre- şi post-
procesarea datelor.
Teza de doctorat conţine două studii de caz, care prezintă determinarea amprentei de
carbon pentru materiale de construcţie compozite şi traditionale. Cele doua studii de caz
prezentate abordează:
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 7. Concluzii 149
- Dimensionarea din punct de vedere structural a unei pale de turbina eoliana, realizata
din: lemn, aluminiu, otel, fibra de sticla si fibra de carbon.
- Dimensionarea din punct de vedere structural a unei grinzi de rezistentă, realizată din:
lemn, aluminiu, oţel, fibră de carbon, fibră de sticlă şi beton.
- Determinarea amprentei de carbon pe fiecare tip de material, aferent celor doua tipuri
de elemente structurale.
Pentru determinarea impactului produs de utilizarea materialelor compozite şi
traditionale prezentate anterior s-a realizat o analiză multicriterială a materialelor, criteriile
fiind:
- Criterii tehnice: rezistenta, stabilitate, ductilitate a materialelor.
- Criterii economice.
- Criterii de mediu.
- Criterii sociale.
Aceasta analiza s-a finalizat prin întocmirea unei matrici de performanţă care a permis
identificarea materialului optim pentru tipul de structura analizat.
Materialelor analizate în matricea de performanţă li s-a realizat o inventariere a
formelor de impact asupra factorilor de mediu: apa, aer, sol, biodiversitate şi factorul uman în
etapele de fabricare şi punere în operă.
7.1. Elemente originale ale tezei
- Analiza detaliata a structurii materialelor compozite: fibra de sticlă şi fibra de carbon.
- Sinteza informaţiilor existente în literatura de specialitate privind tipurile de materiale
compozite şi proprietăţile fizico-mecanice ale acestora.
- Analiza detaliată a ciclului de viata al materialelor compozite si al celor traditionale.
- Efectuarea a două studii de caz care au permis evidentierea principalelor avantaje si
dezavantaje ale utilizării materialelor compozite şi tradiţionale atât din punct de
vedere constructiv cât şi din punct de vedere al impactului asupra mediului.
- Determinarea amprentei de carbon a unui set de materiale analizate, atât tradiţionale
cât şi compozite, cu ajutorul unui program performant, utilizat in mod curent pe plan
international. Estimarea amprentei de carbon din fiecare etapă a ciclului de viaţă al
materialelor, a dus la identificarea etapei de fabricare a lor ca fiind etapa care produce
cele mai multe gaze cu efect de seră.
- Realizarea unei analize multicriteriale între principalele materiale de construcţii
compozite şi tradiţionale pentru determinarea celui mai bun material care poate fi
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 150
utilizat în construcţii. Pe baza acestei analize s-a elaborat o matrice de impact,
multicriterială, care a permis identificarea celui mai performat material care poate fi
utilizat în construcţii.
- Inventarierea substanţelor chimice toxice care intervin în procesele de fabricaţie şi
punere în operă în cazul lemnului, aluminiului, otelului, fibrei de sticlă, fibrei de
carbon şi betonului.
- Evidentierea principalelor forme de impact ale utilizarii materialelor compozite in
constructii asupra factorilor de mediu: apă, aer, sol, biodiversitate şi factorul uman.
7.2. Direcţii de cercetare pentru viitor
Domeniul în care a fost elaborată lucrarea de doctorat este mai puţin cunoscut astfel
încât oferă multiple posibilităţi de cercetare ulterioare.
Direcţiile de cercetare pentru viitor legate de evaluarea impactului asupra mediului a
materialelor compozite pentru constructii se pot grupa astfel:
- Analiza efectelor pe termen lung asupra factorului uman a utilizarii materialelor
compozite in constructii.
- Analiza soluţiilor de reducere sau eliminare a impactului negativ asupra mediului in
perioada de fabricare a materiilor prime necesare materialelor compozite, în vederea
creşterii performanţelor acestora, inclusiv prin analiza tehnologiilor de producţie.
- Elaborarea unor tehnici şi metode alternative, economice de fabricare a materialelor
compozite.
- Întocmirea unei metodologii de valorificare/reutilizare şi eliminare a materialelor
compozite ce au fost utilizate în construcţii.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Bibliografie 151
BIBLIOGRAFIE
1. Abrate, S., Impact on Composite Structures , Cambridge University
Press, Cambridge, 1998.
2. Agence de l'Environnemente et de la Maitrise de l'Energie. Emissions
factor guide v6.1: Bilan Carbon; 2010.
3. Alămoreanu, E., Negruţ, C., Jiga, G., Calculul structurilor din
materiale compozite, U.P.B, 1993
4. Anglin, J. M., Aircraft Applications, Engineered Materials Handbook –
Composites, Vol. 1, 1989
5. Ashby, M. Shercliff, H. and Cebon, D. (2010) Materials: Engineering,
Science, Processing and Design, 2nd edition, Butterworth-Heinemann,
Oxford, UK. ISBN-13: 978-1-85617-895-2, North American Edition:
ISBN-13: 978-1-85617-743-6
6. Ashby, M.F. (2009) Materials and the Environment: Eco-informed
Material Choice, Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 978-1-
85617-608-8
7. Ashby, M.F. and Jones, D.R.H. (2005) Engineering Materials 1: An
Introduction to Properties, Applications and Design, 3rd edition,
Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 0-7506-6380-4
8. Ashby, M.F. and Jones, D.R.H. (2006) Engineering Materials 2: An
Introduction to Microstructures, Processing and Design, 3rd edition,
Elsevier Butterworth-Heinemann, Oxford, UK. ISBN 0-7506-6381-2
9. Askeland, D.R. and Phulé, P.P. (2006) The Science and Engineering of
Materials, 5th edition, Thomson, Toronto, Canada. ISBN 0-534-55396-
6
10. Association scientifique et technique pour l'eau et l'environnment.
Guide methodologique d'evaluation des emissionions de Gaz a Effet de
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 152
Serre de services de l'eau et de l'assainissement. Paris: Association
scientifique et technique pour l'eau et l'environnment; 2009.
11. Bahnariu, B. Sisteme de consolidare a construcţiilor cu materiale
compozite (2010) teză de doctorat.
12. Baptiste, D. Mechanics and mechanisms of damage in composites and
multi-materials Mechanical Engineering Publications Limited London,
1991,
13. Barbero, E.J. Introduction to composite materials design. Taylor &
Francis, Ann Arbor, MI, 1998.
14. BARRET, S. , Economic Development and Environmental Policy
FAO,1996
15. BART, O., The effects of air pollution on work loss and morbidity ,
Journal of Environmental Economics and Management, nr.10, 1983
16. BAUMOL, W., OATES, W. E., The Theory of Environmental Policy ,
Prentice Hall, 1975
17. Beeley P. Foundry Technology. 2nd ed.: Reed Educational and
Professional; 2001.
18. Bica, I. – Groundwater and seepage – Lecture notes, Editura Matrix
Rom, Bucureşti, 2000.
19. Bica, I. – Poluarea stratelor acvifere – Tehnici de remediere, Editura
H.G.A., Bucureşti, 1998.
20. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I. – Concerning the Remediation
Potential of Contaminated Soils and Aquifers, Simpozionul Mediu și
Industria, Bucureşti, 2007.
21. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I. – Evaluarea riscului de mediu pentru
batalurile de gudroane acide si haldele de slam de alumina aparţinând
S.C. ROMPETROL S.A. BUCUREŞTI - Punct de lucru Rafinăria
Vega Ploieşti, Contract U.T.C.B., 2006.
22. Bica, I., Dimache, Al., Iancu, I., Vraciu, S., Constantinoiu, C.,
Ştefănescu, M., Voicu, A., Dumitrescu, C. – Reactive bariers used in
the protection of aquatic echosystem, Sibiu, 2007.
23. Bica, I., Petrescu, V., Iancu, I. – Reconstrucţia ecologică a acviferelor
cu nivel liber, A patra conferinţă a hidroenergeticienilor din România,
Dorin Pavel, Bucureşti, 2006.
24. Biekart J.W., Nigten A., Stopplenburg D., Duurzame Chemie, 1997.
25. BRAN, F., Raportul resurse-mediu înconjurător Bucureşti, Tribuna
economică, nr. 1, 1998
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Bibliografie 153
26. BRAN, F., Relaţia economie-mediu la începutul mediului al III-lea,
Bucureşti, Editura ASE, 2002
27. Brebbia, C., A., Nurick, G. N., (editors), 2003, Advances in Dynamics
and Impact Mechanics, WITPress, Southampton, Boston,
28. Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner. Climate Change: In Context.
1st ed. Edgar KJ, editor. New York: Gale Cengage Learning; 2008.
29. Brenda Wilmoth Lerner , K. Lee Lerner. Climate Change: In Context.
1st ed. Edgar KJ, editor. New York: Gale Cengage Learning; 2008.
30. Briaan Dawson , Matt Spannagle. The Complete Guide To Climate
Change New York: Routledge; 2009.
31. BROWN, R. L., World Economy Expands în World Watch
Institute,Vital Signs, W. W. Horton & Company, 2001
32. Budinski, K.G. and Budinski, M.K. (2009) Engineering Materials:
Properties and Selection, 9th edition, Prentice Hall, Upper Saddle
River, New Jersey, USA. ISBN-10: 0137128428, ISBN-13:
9780137128426
33. Bueren Ev, Bohemen Hv, Itard L, Visscher H, editors. Sustainable
Urban Environments. 1st ed. Delft: Springer; 2012.
34. Burroughs WJ. Climate change a multidisciplinary Approach. 2nd ed.
New York: Cambridge University Press; 2007.
35. Buzdugan, Gh., Rezistenţa materialelor, Editura Academiei, Bucureşti,
1987
36. CAIMCROSS, F. Guide to Business and the the Environment ,
IslandPress, Washington DC, 1995
37. Callister, W.D. (2010) Materials Science and Engineering: An
Introduction, 8th edition, John Wiley & Sons, New York, USA. ISBN
978-0-470-41997-7
38. Callister, W.D. and Rethwisch, D.G. (2007) Fundamentals of Materials
Science and Engineering: An Integrated Approach, 3rd edition, John
Wiley & Sons, New York, USA. ISBN-13: 978-0470125373
39. Chou, Tsu-Wei, Ko, F.K. Textile structural composites. Composites
materials series, 3. Elsevier Amsterdam 1989.
40. Ciobanu I. Curs Tehnologia Turnării Brasov.
41. Constantinescu, I.N., Picu, C., Hadăr, A., Gheorghiu, H., Rezistenţa
materialelor pentru ingineria mecanică, Editura BREN, Bucureşti,
2006
42. Conventia cadru a Natiunilor Unite asupra schimbărilor climatice. In.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 154
43. Cristescu, N., Mecanica materialelor compozite, Vol.1, Universitatea
Bucureşti, 1983
44. Divya Pandey , Madhoolika Agrawal , Jai Shanker Pandey. Carbon
footprint: current methods of estimation. Environmental Monitoring
and Assessment. 2010 August; 178: p. 135-160.
45. EN 877:1999- Cast iron pipe and fittings,their joint and accessories for
the evacuation of water from buildings.
46. Faserverbundwerkstoff im Vergleich zu Stahl, VDI-Z ,Vol. 125, pp.
123-131, 1983.
47. Fleckenstein, H., Wirtschaftlichkeitsbetrachtung fuer ein
Standardprodukt aus
48. Fritz H.G., Seidenstücker T., Bölz U., Juza M., Production of Thermo-
Bioplastics and Fibres based mainly on Biological Materials, European
Commision report EUR 16102 EN, 1994.
49. Fuglestvedt , I.S.A. Isaksen , W.C. Wang. Direct and indirect global
warming potentials of source gases. , Norwegian State Pollution
Control Authority; 1994.
50. G.A. Meehl, T.F. Stocker, W.D. Collins, P. Friedlingstein, A.T. Gaye,
J.M. Gregory,A. Kitoh, R. Knutti, J.M. Murphy, A. Noda, S.C.B.
Raper, I.G. Watterson, A.J. Weaver,Z.-C. Zhao, in: S. Solomon, D.
Qin, M. Manning, Z. Chen, M. Marquis, K.B. Averyt. Climate Change
2007: The Physical Science Basis. UK and New York:
Intergovernmental Panel on Climate Change; 2007.
51. Gasser, A., Boisse, P., Hanker, S. Mechanical behaviour of dry fabric
reinforcements. 3D simulations versus biaxial tests. Journal COMMAT
797, 1999.
52. Gay, D., Matériaux composites, Editions Hermes, Paris, 1991
53. Geier, M., Duedal, D., Guide practique des materiaux composites,
Technique et Documentation Lavoisier, Paris, 1985
54. Gheorghiu, H., Hadăr, A., Constantin, N., Analiza structurilor din
materiale izotrope şi anizotrope, Editura Printech, Bucureşti, 1998
55. Goedkoop M.J., Ecodesign experience with Hylite, Pré Consultants;
Amersfoort, 1995.
56. Goedkoop M.J., Manual Simapro 3,Pré Consultants; Amersfoort, 1995.
57. Goedkoop M.J.,The Eco-indicator 95,NOH report 9523; Pré
Consultants; Amersfoort (NL), 1996.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Bibliografie 155
58. Hadăr, A., Probleme locale la materiale compozite, Teză de doctorat,
U.P.B., 1997
59. Hadăr, A., Structuri din compozite stratificate, Editura Academiei şi
Editura AGIR, Bucureşti, 2002
60. Haije W.G., Evaluatie van de mogelijkheden voor recycling van
windturbinebladen, Petten, ECN-Energie Engineering 6206-GR1, juni
1994.
61. Hannah LJ. Climate Change Biology. 1st ed. Press A, editor.: Elsevier;
2011.
62. Haperen J. van, Haije W.G., Milieubewuste materiaalkeuze: mono-
versus niet monomaterialen, januari 1997, ECN-I-97-001.
63. Heijungs R. et al., Achtergronden Milieugerichte
Levenscyclusanalyses van produkten,Leiden, Centrum voor
milieukunde, NOH rapport 9253, 1992.
64. III IWG. IPCC Special Report Emissions Scenarios. Intergovernmental
Panel On Climate Change; 200.
65. Ilinoiu OG. Construction Engineering. 1st ed. Tămâian V, editor.
Bucharest: Conspress; 2003.
66. Intergovernmental Panel on Climate Change. 2006 IPCC Guidelines
for National Greenhouse Gas Inventories.
67. J.T.Kiehl , Kevin E. Trenberth. Earth's annual global mean energy
budget. Bulletin of the American Meteorological Society. 1997
Februarie; 78(2).
68. Jones, R. M., Mechanics of Composite Materials, Scripta Book,
Washington D. C., 1975
69. Jose Maria Baldasano Recio , Pedro Jimenez Guerrero , Maria
Goncalves Ageitos, Rene Parra Narvaez. Estimate of energy
consumption and CO2 emission associated with the production,use and
final disposal of PVC,HDPE,PP,ductile iron and concrete pipes.
Barcelona: Environmental Modelling Laboratory; 2004.
70. Kim, J., K., Yu, T., X., (editors), Impact Response and Dynamic
Failure of Composite and Laminate Materials, Part 1: Impact Damage
and Ballistic Impact, Trans Tech Publications,Switzerland, 1998,
71. Kim, J., K., Yu, T., X.., Impact Response and Dynamic Failure of
Composite and Laminate Materials, Part 2: Strain-Rate Effect, Energy
Absorption and Modeling, Trans Tech Publications, Switzerland, 1998.
72. Kok I.C., Milieugerichte levencyclusanalyses van windturbines,
februari 1996, ECN-C-95- 050.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 156
73. Koncsag Claudia, Materiale compozite in domeniul dezvoltarii
durabile, Universitatea Ovidius Constanta 2010
74. Kortekaas, S., Augustijn, M. and Nigten, A. ‘Preliminary investigation
of flax, LMO, Utrecht, 1991.
75. Lee S.M., Jonas T., Disalvo G., The beneficial energy and
environmental impact of composite materials- an unexpected bonus,
SAMPE Journal, vol. 27, No. 2, 1991.
76. Letcher TM, editor. Climate Change Observed Impact On Planet Earth.
I ed. Amsterdam: Elsevier; 2009.
77. Lupescu Mihai Bogdan : Fibre de armare pentru materiale compozite
, Editura: TEHNICA ( 2004 ), ISBN: 973-31-2212-2, Oraş: Bucuresti
78. Malmeister, A. K., Tamuj, V. P., Teters, G. A., Soprotivlenie
polimernîh i compozitnîh materialov, Zinatne Riga, 1980
79. Marissen R., Some Environmental Aspects of the application of FRPs
in Structures, Delft University of Technology, 1993, Delft.
80. National Environmental Protection Agency. Romania's Greenhouse
Gas Inventory Bucharest: National Environmental Protection Agency;
2010.
81. Nations U. Kyoto Protocol To The United Nations Framework
Convetion On Climate Change. ; 1998.
82. NE-012-1:2007 Cod de practică pentru executarea lucrărilor din beton,
beton armat și beton precomprimat; 2007.
83. Nicolae O. – Analiza multicriterială a impactului materialelor
compozite, Referat de doctorat, UTCB, Bucuresti 2012
84. Nicolae O. - Ciclul de viata al materialelor compozite, Referat de
doctorat, UTCB, Bucuresti 2012
85. Nicolae O. - Studiu comparativ între materialele compozite și
materialele tradiționale utilizate în construcții, Referat de doctorat,
UTCB, Bucuresti 2012
86. Nicolae O. Analiza multicriterială a impactului asupra mediului ăn
cazul utilizării materialelor tradiţionale şi compozite. Buletin stiinţific
2013
87. Nicolae O., Dimache A., Iancu I., Bica I., Enivironmental impact
comparative analysis between composite and traditional materials –
YRSB 13 Praga 2013.
88. Oegema T., Postma G., Rapportage Biodiesel, Milieuanalyse,
Economie van de bedrijfstak, IMSA, 1994.
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Bibliografie 157
89. Olabisi, O., L.M. Robertson, M.T. Shaw, Polymer-Polymer
Miscibility, Academic Press, New York, 1979. Olaru, D. (1988).
,,Comportarea şi proiectarea stâlpilor scurţi de beton armat din cadrul
structurilor antiseismice,” Revista “Construcţii”, nr.3.
90. Olsson, R. (1992) ,,Impact response of orthotropic composite plates
predicted from a one-parameter differential equation”, AIAA Journal,
Vol.30.
91. Oneţ, T. (1994). ,,Durabilitatea betonului armat,” Ed. Tehnică
Bucureşti.
92. Oneţ, T., Tertea I. (1995). “Proiectarea betonului structural,” Ed. Casa
Cărţii de Ştiinţă.
93. Oprişan, G., Ţăranu, N., Isopescu, D., Saftiuc, C. (2000).
,,Consolidarea stâlpilor din beton armat folosind materiale compozite
cu matrice polimerice,” Conferinţa Tehnico-Ştiinţifică Jubiliară,
Tehnologii moderne în construcţii.
94. Oprişan, G.,Ţăranu, N., Saftiuc, C. (2001). ,,Solutions for
strenghtening the reinforced concrete columns with fiber reinforced
polymeric composites.” În Bul. I. P. Iaşi.
95. Ortega, R.,Price, J., M., Fox, D. (2000). ,,Degradation Factor Approach
for Impacted Composite Structural Assessment, NASA/TM—2000–
210014
96. Pavel, R., Contribuţii privind implementarea materialelor compozite în
construcţia de maşini, Teză de doctorat, Bucureşti, 1999
97. Philander SG. Encyclopedia of Global Warming and Climate Change
London: Sage Publications; 2008.
98. Philander SG. Encyclopedia of Global Warming and Climate Change
London: Sage Publications; 2008.
99. Plastic Europe-Association of Plastic Manufacutres. Environmental
Product Declaration of the European Plastics Manufacturers-High
Density Polythylene; 2008.
100. Plastic pipe institute. Handbook of polyethylene pipe. 2nd ed.; 2009.
101. Potting, J., Blok, K., Life-cycle assessment of four types of floor
covering, J.Cleaner Prod., Vol. 3, No. 4, pp.201-213, 1995.
102. Programme UND. Human Development Report 2007/2008 Fighting
climate change. New York: United Nation Development Programme;
2007.
103. Reddy, J. N., Mechanics of Composites Structures, Mc Graw Hill,
New York, 1980
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Capitolul 6. Evaluarea impactului materialelor de construcţii asupra mediului 158
104. Remmerswaal, Idemat 1996, TU-Delft.
105. Secu, Al. (1997). ,,Structures en Materiaux Composites”, Ed.
Document, Iaşi.
106. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1996). ,,Particularisations de la
theorie Tsai-Hill pour les materiaux composites mats/resine et
tissus/resine.” Buletinul I. P. Iaşi.
107. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1996). ,,Proiectarea elementelor de
construcţii alcătuite din lamele compozite cu matrice polimerică şi
armături din fibre -Studii de caz şi principii de proiectare.” Contract
U.T. Iaşi -M.C.T. Bucureşti, nr.696 / A1.
108. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1997). ,,Determinarea pe cale
analitică a constantelor elastice pentru compozite armate cu ţesături.”
Materiale de construcţii nr.1.
109. Secu, Al., Isopescu, D., Ţăranu, N. (1997). ,,Metodologie modernă
pentru determinarea caracteristicilor necesare proiectării materialelor
compozite cu matrice polimerică.” Materiale de construcţii nr.3.
110. Secu, Al., Roşca, V., Ţăranu, N., Isopescu, D., Boazu, R., Groll, L.
(1998). ,,Optimizarea elementelor şi structurilor din materiale
compozite armate cu fibre.
111. Shackelford, J.F. (2009) Introduction to Materials Science for
Engineers, 7th edition, Pearson Prentice Hall, Upper Saddle River, NJ,
USA. ISBN 0-13-601260-4
112. Silver J. Global Warming and Climate Change Demystified. 1st ed.:
The McGraw-Hill Companies; 2008.
113. Silver J. Global Warming and Climate Change Demystified. 1st ed.:
The McGraw-Hill Companies; 2008.
114. STAS 816-1980-Tuburi și piese de canalizare din beton simplu; 1980.
115. Strategia Naţionala a României privind Schimbările Climatice
Bucureşti: Ministerul Mediului şi Gospodăriri Apei; 2005.
116. Teleabă V., Tehnologie ecologică pentru obţinerea de materiale
compozite avansate pentru aviatie, Bucuresti
117. Tempelman E., Design for Sustainability: the Advent of Hybrid
Materials, Delft University of Technology, 1994, Delft.
118. Tsai, S. W., Hahn, H. T., Introduction to Composite Materials,
Westport, 1980
119. Ţăranu, N., Decher D., Secu Al., Isopescu, D., Entuc, I., (2001)
,,Modern building elements made of glass-reinforced polyesters.”
Impactul materialelor compozite utilizate în construcții asupra mediului
Bibliografie 159
Proceedings of the International Conference on Composites in
Materials and Structural Engineering “CMSE/1”. Prague.
120. Ţăranu, N., Secu Al., Decher, E., Isopescu, D., Structuri din materiale
compozite şi asociate, Ed. Universităţii Tehnice « Gh. Asachi », Iaşi,
1992.
121. Ţăranu, N., Secu, Al., Decher, E., Isopescu, D. (1992). ,,Structuri din
materiale compozite şi asociate,” Ed. U. T. Iaşi.
122. Ushakov, A., Stewart, A., Mishulin, I., Pankov, A., Probabilistic
Design of Damage Tolerant Composite Aircraft Structures,
DOT/FAA/AR-01/55, 2002.
123. Wei, J., Zhao, J. H., Three-Dimensional Finite Element Analysis on
Interlaminar Stresses of Symmetric Laminates, Computers and
Structures, Vol. 41, nr. 4, 1991
124. Worrel, E, Heijningen, R.J.J, Castro de, J.F.M., Hazewinkel, J.H.O.,
Beer, de J.G., Faaij, A.P.C., Vringer, K., New gross energy-
requiremenents figures for material production,
125. Zgură Gh., V.Moga, (1999), Bazele proiectării materialelor compozite,
Ed. Bren, Bucureşti, 1999, ISBN 973-9493-01-7.