7/21/2019 Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC
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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
ANALISIS DE CICLO DE VIDA DE BLOQUES DE TIERRA COMPRIMIDA, BTC.
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ
JOS MIGUEL FIGUEROA AILLAPN2012
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UNIVERSIDAD DE LA FRONTERAFACULTAD DE INGENIERA, CIENCIAS Y ADMINISTRACIN
DEPARTAMENTO DE INGENIERA DE OBRAS CIVILES
Anlisis de ciclo de vida de bloques de tierra comprimida, BTC.
TRABAJO DE TTULO PARA OPTAR AL TTULODE INGENIERO CONSTRUCTOR
PROFESOR GUA: SR. JUAN PABLO CRDENAS RAMREZ
JOS MIGUEL FIGUEROA AILLAPN2012
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DEDICATORIAS
A mi madre Mara
Por haberme apoyado en todo momento, por sus consejos,
sus valores, por la motivacin constante que me ha permitido seruna persona de bien y en especial por su amor que me haentregado desde mi nacimiento.
A mis familiares
A mis hermanas Dilsa y Ana que han sido un ejemplo de
hermanas, en las cuales me apoyaron en momento difciles ytambin a todos aquellos que participaron en forma directa oindirecta en el trascurso universitario.
A mis cuados
A mis cuado Robinson y Carlos por haberme entregado
todo el apoyo durante mi periodo acadmico. Pero en especial a mcuado Robinson que ha sido un pilar enorme a travs de consejos,sus valores y ayuda constante en momentos difciles.
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NDICE DE CONTENIDOS
CAPITULO 1. INTRODUCCIN ....................................................................................... 2
1.1. Exposicin general y actual del problema .............................................................. 2
1.2. Antecedentes del problema ................................................................................... 3
1.3. Objetivos General .................................................................................................. 4
1.4. Objetivos Especficos............................................................................................. 4
CAPITULO 2. CONTEXTUALIZACIN ............................................................................ 6
2.1. Introduccin ........................................................................................................... 6
2.2. Bloque de Tierra Comprimida ................................................................................ 62.3. Partes constituyentes del bloque de tierra comprimida.......................................... 7
2.3.1. Suelo ............................................................................................................... 7
2.3.2. Estabilizante .................................................................................................... 9
2.3.3. Agua .............................................................................................................. 10
2.3.4. Compresin ................................................................................................... 10
2.4. Proceso de produccin de bloque de tierra comprimida ...................................... 10
2.4.1. Extraccin de Arcilla ...................................................................................... 11
2.4.2. Maduracin de Arcilla .................................................................................... 11
2.4.3. Estabilizacin y preparacin de la mezcla ..................................................... 12
2.4.4. Compresin ................................................................................................... 15
2.4.5. Curado .......................................................................................................... 15
2.4.6. Embalaje y despacho .................................................................................... 16
2.5. Ventajas de los Bloques de Tierra Comprimida ................................................... 16
2.6. Sistema Earthbag ................................................................................................ 17
2.7. Proceso de confeccin de Earthbag .................................................................... 17
2.7.1. Extraccin de Materia Prima. ........................................................................ 18
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2.7.2. Estabilizacin de la Materia Prima. ............................................................... 19
2.7.3. Confeccin de Earthbag. ............................................................................... 19
2.8. Anlisis de Ciclo de Vida ..................................................................................... 19
2.9. Metodologa anlisis de ciclo de vida................................................................... 21
2.9.1. Definicin de objetivos y alcance .................................................................. 21
2.9.2. Anlisis de inventario .................................................................................... 22
2.9.3. Evaluacin de impacto de ciclo de vida ......................................................... 24
2.9.4. Interpretacin ................................................................................................ 24
2.10. Metodologa de Evaluacin de Impacto de Ciclo de Vida .................................. 26
2.10.1. Mtodo de Demanda de Energa Acumulada ............................................. 27
2.10.2. Mtodo IPCC 2007 ...................................................................................... 28
2.11. Software para aplicacin de anlisis de ciclo de vida ........................................ 33
2.12. SimaPro ............................................................................................................. 34
CAPITULO 3. METODOLOGA ...................................................................................... 36
3.1. Introduccin ......................................................................................................... 36
3.2. Anlisis de ciclo de vida de los bloques de tierra comprimida. ............................ 36
3.2.1. Definicin de objetivos y alcance .................................................................. 36
3.2.2. Anlisis de Inventario .................................................................................... 38
3.3. Anlisis de ciclo de vida del sistema Earthbag. ................................................... 43
3.3.1. Definicin de objetivos y alcance .................................................................. 43
3.3.2. Anlisis de inventario .................................................................................... 45
3.4. Datos de Inventario. ............................................................................................. 46
3.4.1. Datos de Inventario para los bloques de tierra comprimida .......................... 47
3.4.2. Datos de Inventario para Earthbag ................................................................ 48
CAPITULO 4. RESULTADOS Y ANALISIS .................................................................... 51
4.1. Introduccin ......................................................................................................... 51
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4.2. Energa contenida por proceso en el sistema del bloque de tierra comprimida ... 51
4.2.1. Extraccin de Arcilla ...................................................................................... 51
4.2.2. Transporte ..................................................................................................... 52
4.2.3. Estabilizacin y Preparacin de la mezcla .................................................... 52
4.2.4. Compresin ................................................................................................... 53
4.2.5. Curado .......................................................................................................... 54
4.2.6. Embalaje y despacho .................................................................................... 54
4.2.7. Energa contenida de albailera de bloque de tierra comprimida ................ 56
4.3. Energa contenida por proceso en el sistema Earthbag ...................................... 56
4.3.1. Extraccin de la materia prima ...................................................................... 56
4.3.2. Confeccin .................................................................................................... 57
4.3.3. Energa contenida de muro Earthbag............................................................ 58
4.4. Emisiones de CO2 equivalentes por proceso en el sistema bloque de tierra
comprimida ................................................................................................................. 59
4.4.1. Extraccin de Arcilla ...................................................................................... 59
4.4.2. Transporte. .................................................................................................... 59
4.4.3. Estabilizacin y Preparacin de la mezcla .................................................... 60
4.4.4. Compresin ................................................................................................... 61
4.4.5. Embalaje y despacho .................................................................................... 62
4.4.6. Emisiones de CO2 equivalentes por m2 de albailera de Bloque de tierra
comprimida .............................................................................................................. 63
4.5. Emisiones de CO2equivalentes por proceso Earthbag ....................................... 64
4.5.1. Extraccin de la materia prima ...................................................................... 64
4.5.2. Confeccin .................................................................................................... 65
4.5.3. Emisiones de CO2equivalentes por m2de muro Earthbag ........................... 66
4.6. Anlisis de sensibilidad ........................................................................................ 66
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4.6.1. Anlisis de sensibilidad al sistema bloque de tierra comprimida mediante el
trasporte .................................................................................................................. 67
4.6.2. Comparacin en el proceso de compresin a travs de las prensas ............ 70
4.6.3. Comparaciones de materiales mediante las unidades funcionales ............... 72
4.6.4. Comparacin por m2de muro entre el sistema BTC y Earthbag. .................. 74
CAPITULO 5. CONCLUSIONES .................................................................................... 78
CAPITULO 6. BIBLIOGRAFIA........................................................................................ 82
CAPITULO 7. ANEXOS ................................................................................................. 73
7.1. Anexo A: Caractersticas de la unidad funcional bloque de tierra comprimida .... 87
7.2. Anexo B: Produccin de electricidad del sistema interconectado central ............ 89
7.3. Anexo C: Muestras y balance de masa de bloque de tierra comprimida ............. 91
7.4. Anexo D: Cantidad de arcilla extrada por da y rendimiento de combustible ...... 95
7.5. Anexo E: Produccin mensual de bloque de tierra comprimida por cada equipo 98
7.6. Anexo F: Cantidad de plstico film LDPE .......................................................... 102
7.7. Anexo G: Datos y fuentes del ladrillo estructural a comparar ............................ 104
7.8. Anexo H: Cubicacin de materiales por m2 de muro para el sistema BTC y
Earthbag. .................................................................................................................. 106
NDICE DE TABLAS
Tabla 2.1. Proporcin optima de los componentes del suelo, (Manual BTC, 2006). ........ 8
Tabla 2.2. Porcentaje que pasa segn el tamiz a utilizar, (Manual BTC, 2006). .............. 8
Tabla 2.3. Rangos aceptables de ensayo, (Manual BTC, 2006). ..................................... 9
Tabla 2.4. Descripcin de las principales categoras de impacto. .................................. 26
Tabla 2.5. Factores de caracterizacin de calentamiento global (Antn, 2004) ............. 30
Tabla 2.6. Principales herramientas utilizadas en la elaboracin de ACV. ..................... 33
Tabla 4.1. Demanda de energa acumulada en el proceso de transporte de 6 kg de
arcilla .............................................................................................................................. 52
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Tabla 4.2. Demanda de energa acumulada en el proceso de estabilizacin y
preparacin de la mezcla de 6,89 kg. ............................................................................. 53
Tabla 4.3. Demanda de energa acumulada en el proceso de compresin, usando la
prensa hidrulica. ........................................................................................................... 53
Tabla 4.4. Demanda de energa acumulada del proceso de embalaje y despacho ....... 54
Tabla 4.5. Demanda de energa acumulada generada por m 2de muro de BTC. ........... 56
Tabla 4.6. Demanda de energa acumulada del proceso de extraccin de 78 kg de
tierra. .............................................................................................................................. 57
Tabla 4.7. Demanda de energa acumulada del proceso de confeccin de la unidad
Earthbag. ........................................................................................................................ 57
Tabla 4.8. Demanda de energa acumulada generada por m2 de muro con el sistema
Earthbag. ........................................................................................................................ 58
Tabla 4.9. CO2equivalente generado en el proceso de transporte. ............................... 60
Tabla 4.10. CO2equivalente generado en el proceso de estabilizacin y preparacin de
la mezcla ........................................................................................................................ 60
Tabla 4.11. CO2 equivalente generado en el proceso de compresin con la prensa
hidrulica. ....................................................................................................................... 61
Tabla 4.12. CO2equivalente generado en el proceso de embalaje y despacho ............ 62
Tabla 4.13. CO2equivalentes generada por m2de muro del sistema Earthbag.. .......... 64
Tabla 4.14. CO2equivalente generado en el proceso de extraccin de la materia prima....................................................................................................................................... 64
Tabla 4.15. CO2equivalente generado en el proceso de extraccin de la materia prima
....................................................................................................................................... 65
Tabla 4.16. CO2equivalentes generada por m2de muro del sistema Earthbag ............ 66
Tabla A.1. Caractersticas de la unidad funcional .......................................................... 87
Tabla B.1. Distribucin Porcentual de la Produccin de Electricidad ............................. 89
Tabla C.1. Muestras de Bloque de Tierra Comprimida recin moldeado ...................... 91
Tabla C.2. Muestras de Bloque de Tierra Comprimida Curado ...................................... 91
Tabla D.1. Cantidad de arcilla a extrada por da ........................................................... 95
Tabla D.2. Estimacin del rendimiento del combustible, excavadora. ............................ 96
Tabla D.3. Estimacin del rendimiento del combustible, Yale. ....................................... 96
Tabla G.1. Valores de energa acumulada del ladrillo a comparar ............................... 104
Tabla G.2. Valores de CO2equivalentes del ladrillo a comparar .................................. 104
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NDICE DE FIGURAS
Figura 2.1. Bloques de tierra comprimida ....................................................................... 11
Figura 2.2. Construccin de superadobe o earthbag ..................................................... 17
Figura 2.3. Unidades de superadobe o earthbag ........................................................... 18
Figura 2.4.Fases de un ACV. ......................................................................................... 21
Figura 2.5 Procedimientos simplificados para el ICV ..................................................... 23
Figura 2.6 Elementos de la fase de EICV ...................................................................... 24
Figura 2.7. Relaciones de los elementos dentro de la fase de interpretacin con las
otras fases del ACV (ISO, 2006b). ................................................................................. 25
Figura 3.1 Diagrama del sistema de produccin de Bloque de Tierra Comprimida........ 38
Figura 3.2 Diagrama del sistema de confeccin del sistema Earthbag. ......................... 44
Figura 4.1 Porcentajes de energa acumulada por proceso. .......................................... 55
Figura 4.2. Porcentajes de generacin de CO2equivalente por proceso. ...................... 63
Figura 4.3. Anlisis de sensibilidad para la energa contenida. ...................................... 67
Figura 4.4. Tendencia lineal mediante la demanda de energa acumulada. .................. 68
Figura 4.5. Anlisis de sensibilidad para la carga ambiental. ......................................... 69
Figura 4.6. Tendencia lineal mediante las emisiones de CO2. ....................................... 70Figura 4.7. Demanda de energa acumulada considerando ambas prensa en el ciclo de
vida completo. ................................................................................................................ 71
Figura 4.8. kg de CO2en el proceso de compresin de los bloques de tierra comprimida.
....................................................................................................................................... 72
Figura 4.9. Comparacin de unidades funcionales de acuerdo a la demanda de energa
contenida. ....................................................................................................................... 73
Figura 4.10. Comparacin de unidades funcionales de acuerdo a la carga ambiental. . 74
Figura 4.11. Comparacin de demanda de energa contenida por m2de muro ............. 75
Figura 4.12. Comparacin de kg de CO2por m2de superficie ....................................... 76
Figura E.1 Prensa CINVA -RAM. ................................................................................... 99
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RESUMEN
El estudio consisti en analizar bloques de tierra comprimida mediante la
metodologa ACV, basndose en un suelo de la localidad de Huichahue con el fin de
identificar las etapas que influyen mayormente en la demanda de energa acumulada y
carga ambiental. Estas fueron cuantificadas para cada proceso considerado en la
produccin del bloque. Adems, se realiz un anlisis de sensibilidad para determinar
cmo influye la variable distancia en el transporte de la materia prima.
Para hacer posible este estudio, fue necesario realizar un levantamiento de datos
relacionados a las maquinarias utilizadas en los diferentes procesos, rendimientos de
combustibles, para as confeccionar un inventario. Una vez listo este, se trabaj con el
software SimaPro 7.3.3, en donde se ingresaron los datos de los recursos utilizados en
cada etapa diferencindolos por procesos para poder estimar cules de ellos inciden de
mayor manera en los resultados finales. Se obtuvo una demanda de energa acumulada
de 0,28 kWh/bloque y a su vez 0,0494 kg de CO2/bloque. Tales resultados fueron
comparados con el sistema Earthbag y el ladrillo estructural. Adems a este trabajo de
titulo se agreg un estudio de ACV, al sistema Earthbag, obteniendo una energa
acumulada de 3,00 kWh/Earthbag y a su vez 0,469 kg de CO 2/Earthbag.
Mediante los resultados obtenidos de anlisis de ciclo de vida generado al bloque
de tierra comprimida se pudo constatar cual de los procesos de la produccin del
bloque es el de mayor importancia con respecto a la demanda de energa contenida y
kg de CO2equivalentes emitidos, siendo el de mayor importancia el transporte, ya que
si se incrementara la distancia de transporte, esta incrementara su energa contenida
y/o kg de dixido de carbono en una tendencial lineal, en el cual se determino una
ecuacin para cada caso.
As tambin, para el proceso de compresin de bloque de tierra comprimida se
realizo una comparacin mediante dos tipos de prensa (manual y hidrulica), siendo elde accin manual el que genera menos impacto cuando esta es solicitada. Por otrolado, se determino que el metro cuadrado de albailera de bloque de tierra comprimidaera el ms apto, para una construccin sustentable y ecolgica, en el cual demando28,89 kWh de energas contenidas y 13,4 kg de dixido de carbono al ambiente pormetro cuadrado.
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CAPTULO I
INTRODUCCIN
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CAPTULO 1: INTRODUCCIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.2
CAPITULO 1. INTRODUCCIN
1.1. Exposicin general y actual del problema
En la dcada de los 60 surgieron los primeros estudios relacionado con el ciclo
de vida, siendo hasta principios de los 90 en Europa, la consolidacin de la
metodologa del ACV, (Gmez, 2011). Esos estudios pusieron el nfasis en el anlisis
de la eficiencia, en el consumo de la energa y sus fuentes, el consumo de materias
primas y, en menor medida, en la disposicin final de los residuos generados, (Trama y
Troiano, 2001). Ahora en los ltimos aos existe una creciente conciencia por parte de
la humanidad sobre la importancia de la proteccin ambiental, por lo que ha aumentado
el inters en el desarrollar mtodos que comprendan mejor y reducir los impactos, paraas velar que el planeta tierra y sus recursos se mantengan en una sustentabilidad tal
que permita asegurar la calidad de vida de todos los seres vivos.
En Chile, la utilizacin de esta herramienta ACV ha sido lenta, a diferencia de su
creciente importancia internacional, es por esto, que se hace necesario analizar y
cuantificar las emisiones producidas por distintos tipos de procesos y productos, y el
impacto que ejercen al medio ambiente (Flores, 2011). Mientras que a nivel regional no
existen estudios referentes a un anlisis de ciclo de vida de los bloques de tierracomprimida basado con suelos locales, es necesario establecer un anlisis a esta
tecnologa para obtener resultados como impactos ambientales, demanda de energa
acumulada y comparaciones entre alternativas como material de construccin.
Desde los aos 80 ha tenido gran difusin en todo el mundo el uso de bloque de
tierra comprimida (BTC) el cual fue desarrollado en Colombia en 1950 como un
producto de investigacin del Centro Interamericano de Vivienda (CINVA) para producir
materiales de construccin de bajo costo, sin embargo en nuestro pas no existenestudios de comportamiento adecuado de esta tecnologa. El BTC es un material de
construccin fabricado con suelos, que es comprimido y moldeado utilizando una
prensa mecnica, es un sustituto del ladrillo corriente en actividades de construccin y
se utiliza en la construccin de muros apilndolo manualmente (Apablaza, 2012).
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CAPTULO 1: INTRODUCCIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.3
1.2. Antecedentes del problema
El ACV trata los aspectos e impactos ambientales potenciales (utilizacin de
recursos y las consecuencias ambientales de las emisiones y vertidos) a lo largo de
todo el ciclo de vida de un producto desde la adquisicin de la materia prima, pasando
por la produccin, utilizacin, tratamiento final, reciclado, hasta su disposicin final, es
decir, desde la cuna a la tumba (Romero, 2003).
Segn la ISO 14040 (2006), para el desarrollo de un anlisis de ciclo de vida de
un producto o actividad, se necesita de cuatros fases, estas son: definicin de objetivos
y alcance, anlisis de inventario, evaluacin de impactos y interpretacin. Esta
metodologa como herramienta de gestin ambiental, ha influido en el desarrollo de
distintos software que facilitan su aplicacin, como por ejemplo el SimaPro.
La tecnologa BTC es una mejora de los antiguos mtodos de construccin con
tierra, son hechos de arcilla, arena y un pequeo porcentaje de cal y/o cemento que son
comprimidos por prensa de accin manual. Adems no son txicos, son amigables al
ecosistema, renovables, aislantes del sonido, a prueba de fuego, incluso a prueba de
balas, por lo que genera un mayor beneficio a la salud, accesibilidad, durabilidad y
eficiencia energtica en comparacin a construcciones hechas a base de concreto y
madera. Tambin proporcionan un sistema natural de calentamiento y enfriamiento,incrementando el confort para sus habitantes, (San Miguel de Allende GTO Mxico,
Instituto Tierra y Cal A.C).
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CAPTULO 1: INTRODUCCIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.4
1.3. Objetivos General
Analizar el ciclo de vida de bloques de tierra comprimida basado en un suelo
local de Huichahue para identificar etapas que influyen mayormente en la
demanda de energa acumulada y carga ambiental.
1.4. Objetivos Especficos
Cuantificar la energa contenida y gases de efecto invernadero generado en los
procesos produccin del BTC.
Comparar en el proceso de compresin a travs de dos prensas (accin manual
e Hidrulica).
Comparar con el sistema earthbag y ladrillo estructural, mediante la unidad
funcional de cada material.
Comparar el metro cuadrado de albailera de BTC versus el metro cuadrado delsistema earthbag.
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CAPTULO II
CONTEXTUALIZACIN
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.6
CAPITULO 2. CONTEXTUALIZACIN
2.1. Introduccin
La siguiente investigacin contempla el apoyo del Laboratorio de Evaluacin deEficiencia Energtica, perteneciente al Departamento de Ingeniera de Obras Civiles de
la Universidad de La Frontera. Este trabajo de titulo procura el anlisis de ciclo de vida
de bloques de tierra comprimida, utilizando un suelo de origen local, en el cual se
determinaran cargas ambientales y demanda de energa acumulada asociados a los
procesos fabricacin.
El anlisis de este trabajo de titulo se enfoca principalmente en establecer de un
inventario de datos para luego ingresar al software SimaPro para obtener resultados de
acuerdo a los objetivos establecidos.
2.2. Bloque de Tierra Comprimida
Es el producto resultante de la mezcla de tierra, agua y eventualmente
estabilizante en proporciones adecuadas, que se somete a compresin en una mquinacon el fin de obtener altas densidades, y que luego ser sometido a un proceso de
curado para que se produzca su endurecimiento efectivo. La prensa puede ser
accionada de forma manual o mecnica, (Apablaza, 2012).
La compresin se realiza con una mquina llamada prensa o bloquera. Una de
las prensas que ha sido ms utilizada es la Prensa CINVA RAM. Las dimensiones y
forma del bloque dependern de las medidas de la caja de la mquina y de las placas
que permitirn formar bloques huecos.
Los bloques de tierra comprimida se utiliza preferencialmente para la
construccin de albailera como por ejemplo: muros de carga, en muros normales, en
muros que acumulen calor, en muros de calor y en hornos Finnven. Adems los
bloques de tierra comprimida permiten construir edificaciones de dos pisos y podran
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.7
alcanzar inclusive un tercer nivel. Lo ideal es poder utilizar la tierra del lugar, dado que
de ese modo se abaratan los costos, pero para ello es imprescindible conocer las
caractersticas de la tierra disponible para determinar si es necesario estabilizarla y
definir las dosificaciones ms adecuadas a utilizar.
Estos bloques tienen buena resistencia a la compresin, tienen la posibilidad de
un inmediato almacenamiento, y se pueden fabricar de formas especiales; con huecos,
bloques a encajar, desages, tejas, entre otros. Se pueden establecer dos tipos de
Bloques de Tierra Comprimida:
BTC ordinario: Bloque utilizado para construir las partes macizas de fbricas de
albailera.
BTC accesorio:Bloque cuya forma o estructura interna es diferente a la del bloque
ordinario y que es utilizado para la ejecucin de encuentros particulares de
albailera como armados verticales, dinteles, etc.
2.3. Partes constituyentes del bloque de tierra comprimida
Para la confeccin de Bloques de Tierra Comprimidas, se necesita de partes
constituyentes en proporciones diferentes, estas son: Suelo, estabilizante, agua y
compresin.
2.3.1. Suelo
Es considerado como el material bsico que interviene en mayor proporcin en la
conformacin del bloque. Es necesario realizar estudios previos para saber que suelo
se va a utilizar, debera tener una constitucin tal que requiera el menor contenido de
estabilizante.
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.8
Para la extraccin del suelo es recomendable desechar la capa superficial que
posee restos orgnicos. Es preferible la capa que est por debajo de 30 a 60 [cm]
segn el terreno.
(Manual BTC, 2006)
Los componentes del suelo son: arena (grano grueso sin cohesin), limo (grano
fino sin cohesin) y arcilla (grano fino con gran cohesin). Las arcillas son el aglutinante
natural de las partculas ms grandes, y los limos y las arenas conforman el esqueleto
resistente que soportan las cargas y evitan la fisuracin. La proporcin ptima de cada
uno de ellos se podra establecer de la siguiente manera:
Tabla 2.1.Proporcin optima de los componentes del suelo, (Manual BTC, 2006).
Arcilla 5% a 35%
Limo 0 a 20%
Arena 40% a 80%
Tabla 2.2.Porcentaje que pasa segn el tamiz a utilizar, (Manual BTC, 2006).
Tamiz Porcentajes que pasa
N4(4,8 mm) 100%
N40 (0,42 mm) 70% - 15%
N200 (0,075 mm) 50%10%
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.9
Tabla 2.3.Rangos aceptables de ensayo, (Manual BTC, 2006).
Lmite Lquido < 45 %
ndice de Plasticidad < 18 % (IP < 15% - 20 %)
PH del Suelo < 5,4
Porcentaje de Materia Orgnica < 2 %
2.3.2. Estabilizante
El concepto de estabilizacin de suelos nace a partir de la necesidad de mejorar
las propiedades naturales de un determinado suelo, para lograr que este cumpla
condiciones impuestas o requeridas, por un proyecto en particular.
La siguiente lista de tipos de procedimiento no agota seguramente el tema,
aunque rene los ms comunes (Pea, 2003)
Estabilizacin por medios mecnicos, de los que la compactacin es la ms
conocida.
Estabilizacin por drenaje, particularmente usada con fines viales.
Estabilizacin por medios elctricos, de los que la electrsmosis y la utilizacin
de pilotes electrometlicos son probablemente los mejor conocidos.
Estabilizacin por empleo de calor y calcinacin, este es el principio utilizado
para la fabricacin de ladrillos de arcilla.
Estabilizacin por medios qumicos, generalmente lograda por la adicin deagentes estabilizantes especficos, como el cemento, la cal, el asfalto u otros.
El cemento como estabilizante qumico acta principalmente sobre las arenas y
las gravillas, como en el hormign, y los mejores resultados se obtendrn con las tierras
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arenosas. De hecho es intil, casi nefasto, utilizarlo en tierras muy arcillosas (> 20 %).
Por eso el ndice de plasticidad debe ser bajo: de 15 % a 20 %. Para tierras arcillosas
(20 a 40 % y hasta 70 % con IP de 18% a 30 %) el estabilizante adecuado es la cal.
(Manual BTC, 2006)
2.3.3. Agua
La cantidad de agua a agregar a la mezcla depender del contenido natural de
humedad que posea el suelo a utilizar. El contenido de agua ptimo es determinado por
la prueba Proctor, en el cual nos permite obtener la cantidad de agua necesaria para
alcanzar la densidad elevada, es decir, bloques ms pesados (denso), (Manual BTC,
2006).
2.3.4. Compresin
La compresin o compactacin de suelo, es un proceso artificial por el cual las
partculas de suelos son obligadas a estar ms en contacto las unas con las otras,
mediante la eliminacin de espacios vacos de la mezcla, esto se logra mediante la
utilizacin de medios mecnicos, los cuales provocan un mejoramiento de sus
propiedades ingenieriles, (Apablaza, 2012).
2.4. Proceso de produccin de bloque de tierra comprimida
En forma general se explica los procesos que influyen en la fabricacin de bloque
de tierra comprimida desde la extraccin de la materia prima, hasta obtener el despacho
final del BTC para su venta. En la Figura 2.1 se ilustra los bloques de tierra comprimida
en las cuales se recolectaron los datos para el anlisis de ciclo de vida.
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Figura 2.1.Bloques de tierra comprimida
2.4.1. Extraccin de Arcilla
Las materias primas para la produccin de bloque de tierra comprimida son el
suelo, estabilizante y agua. Las cantidades dependern exclusivamente del tipo de
bloque que se requiera y de las especificaciones utilizadas por las distintas empresas
dedicadas a este rubro.
La arcilla se extrae de canteras, normalmente ubicadas en depsitos geolgicos
de caractersticas idneas, ya sea con respecto a la magnitud del yacimiento, como
tambin de las especificaciones del tipo de material que se debe producir. Por
evidentes razones de ndole econmicas, es conveniente que la cantera este en las
proximidades de la empresa productora (Hermosilla, 2010).
2.4.2. Maduracin de Arcilla
Antes de incorporar la arcilla al ciclo de produccin, hay que someterla a ciertos
tratamientos de trituracin, homogeneizacin y reposo en acopio, con la finalidad de
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obtener una adecuada consistencia y uniformidad de las caractersticas fsicas y
qumicas. El reposo a la intemperie tiene, en primer lugar; la finalidad de facilitar la
trituracin de los terrones y la disolucin de los ndulos e impedir las aglomeraciones
de partculas arcillosas. La exposicin a la accin atmosfrica (aire, lluvia, hielo, sol, etc)
favorece adems a la descomposicin de la materia orgnica que puede estar presentey permite la purificacin qumica del material (Hermosilla, 2010).
2.4.3. Estabilizacin y preparacin de la mezcla
Se entiende por mezcla una combinacin semilquida de agua y suelo compuesto
por sedimentos, partculas de polvo arcilla, logrando obtener una mezcla pastosa que
facilitar la modelacin del bloque. Los depsitos de la mezcla se endurecen con el paso
del tiempo hasta convertirse en prcticamente una roca, que se forma por una
acumulacin de sedimentos y que a travs de procesos fsicos y qumicos dan lugar a
un material ms consistente.
El primer paso consiste en conocer las propiedades fsico-qumicas de la tierra a
emplear, lo que puede realizarse de manera pormenorizada a travs de pruebas de
laboratorio (lo que resulta costoso adems de no ser siempre necesario) o bien de
forma aproximada a travs de pruebas de campo: ensayo qumicos, ensayo
Granulomtrico, ensayo Sedimentometrico, limites de Atterberg y ensayo Proctor.
La estabilizacin aporta a la tierra (entre otras caractersticas) propiedades de
resistencia a la humedad, aspecto que supone una importante mejora respecto a las
tcnicas tradicionales de construccin con tierra cruda (adobe, tapial, etc.).
A continuacin se describe el procedimiento paso a paso para la estabilizacin y
preparacin de la mezcla:
i. Pulverizacin del suelo
El suelo deber ser desmenuzado hasta obtener una granulometra que pase por
una zaranda de 5 mm de abertura. El material sin pulverizar que queda retenido en la
malla se aconseja eliminarlo por ser la parte del suelo con vegetal.
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ii. Mezclado del cemento con el suelo en seco
Este trabajo puede efectuarse en forma manual hasta obtener una distribucin
uniforme del cemento portland en el suelo. Se aconseja efectuar la mezcla sobre un
piso firme y limpio. Se considera terminado el mezclado cuando se ha obtenido
uniformidad de color en la mezcla. El suelo se deber mezclar con su humedad natural.
iii. Incorporacin del agua y control de humedad
Una vez mezclado el suelo y el cemento portland, se incorpora a la mezcla la
cantidad de agua necesaria hasta el contenido ptimo de humedad, con la que seobtiene la mxima densidad al compactarla.
La forma de controlar prcticamente la humedad ptima consiste en tomar un
puado de mezcla y apretarlo fuertemente, deber tomar forma manteniendo ligadas
sus partculas (cohesin) sin que se pegue a la mano ni escurra agua. Siempre es
preferible una pequea falta de agua y no el exceso, pues con menos humedad que la
ptima puede obtenerse la compacidad mxima con una fuerte compresin, mientras
que su exceso impide la correcta compactacin y favorece la formacin de fisuras porcontraccin del ladrillo al perder la humedad de amasado de la mezcla.
La cantidad de agua necesaria se deber incorporar en forma lenta y uniforme
prosiguindose a mezclar el suelo y el cemento portland hasta uniformar el color.
La cantidad de agua se distribuye generalmente empleando regaderas del tipo
usado en trabajos de jardinera manguera con rociador, evitando el acceso de agua
(formacin de barro). Una vez preparada la mezcla, se debe proceder a la fabricacin
de los ladrillos en forma inmediata.
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iv. Fortaleza y Debilidades en el uso de la mezcla
La mezcla presenta caractersticas y propiedades distintas a la del suelo por s
solo, entregando una serie de fortalezas y debilidades, (Vlez, 2000):
Fortalezas
1. Independencia y disponibilidad: Un factor importante a favor del uso de la
mezcla es su independencia y la abundancia, disponibilidad y uso de su materia
prima con fines de participacin comunitaria y de su uso por mano de obra no
especializada.
2. Trabajabilidad: En el caso de la mezcla con la cual se fabrican los bloques,unos de los principales beneficios que presenta es la facilidad para cortarlo,
tornearlo y ajustarlo dimensionalmente.
3. Insonorizacin y Climatizacin: El uso de la mezcla en construccin
representa un buen aislante acstico. Considerando que la IX regin de Chile
presenta diferencias marcadas del da y la noche en la temperatura ambiental
exterior, puede ser calificado como un buen aislante trmico, las paredes
construidas con suelo actan como un regulador ambiental en materia de
climatizacin interna.
4. Sentido Ambientalista: Desde el punto de vista de la creciente conciencia
ambientalista que caracteriza a la arquitectura actual, la mezcla se agrupa con
las tecnologas ambientalmente correctas en razn de su auto reciclaje.
Debilidades.
Una vez fabricados los bloques, la idea es construir con los mismos, pero el uso
de estas es especialmente vulnerable al deterioro y ameritan de atencin y
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mantenimiento. Esto por supuesto depende en mucho del grado de estabilizacin y
compactacin del material utilizado as como de sus condiciones originales.
Otra debilidad es, hasta ahora, la baja popularidad que disfruta en el campo de
mecanizacin industrial de sistemas constructivos en razn de su excesiva
dependencia en labor manual, lo cual tiende a encarecer los servicios de su produccin
profesional.
2.4.4. Compresin
Para este proceso se utilizan maquinas de compactacin con el fin de poder
compactar la mezcla hasta lograr obtener las dimensiones que se necesita y a su vez
eliminar la humedad contenida sin la necesidad de utilizar el sol o un horno.
Hoy en da existen numerosos tipos de prensas pero una de la ms conocida es
la CINVARAM prensa porttil de accin manual. Pero tambin estn la maquinas
industrializada que se caracteriza por adquirir de alimentacin de energa elctrica o
derivadas del petrleo (Apablaza, 2012).
2.4.5. Curado
El curado es el proceso de mantencin de un adecuado contenido de humedad y
de temperatura que se inicia inmediatamente despus de confeccionado el bloque. Su
objetivo es que se mantenga el agua para que el estabilizante de la mezcla contine
hidratndose y que la temperatura no afecte la resistencia temprana antes de servicio,
para que el bloque pueda desarrollar las propiedades de resistencia y durabilidad para
las que fue diseado. El lapso de tiempo requerido para realizar el curado depender
de la resistencia necesaria del bloque para resistir solicitaciones de uso y del medio
ambiente, (Apablaza, 2012)
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2.4.6. Embalaje y despacho
En este proceso se pueden manipular los bloques para su colocacin en pallet,
que deben ser embalados con plstico para mantener las condiciones de humedad
adecuadas (en el caso de empleo de aglomerantes). Entonces este proceso final, los
BTC quedan ya preparados para su almacenaje, venta, transporte y entrega en obra.
2.5. Ventajas de los Bloques de Tierra Comprimida
Al momento de optar en utilizar el suelo como material de construccin es
necesario tener en claro las ventajas presentes en los Bloques de Tierra Comprimida,
de la cuales se pueden mencionar (Manual BTC, 2006):
Los bloques presentan una forma regular y aristas vivas.
La elevacin de densidad por compactacin mejora la resistencia a la
compresin, a la erosin y a la accin nefasta del agua.
El costo del material en este caso el suelo es nula y no requiere gastos de
transporte o energa para su fabricacin.
La fabricacin de los bloques se puede realizar en el mismo lugar en donde se
construir la vivienda, sea en el medio rural o urbano, no requiere mano de obra
especializada por lo que pueden ser realizados por los propios interesados,
generando como consecuencia mayor economa.
La posibilidad de escalonar la produccin en un largo perodo de tiempo.
Disminucin de fisuras en el muro ya que la contraccin se efecta durante el
secado en cada bloque. Mayor flexibilidad en el diseo arquitectnico y en la construccin.
La terminacin superficial lisa de los bloques y de la mampostera resultante no
hacen necesario la ejecucin de revoques lo que implica menores costos.
Pueden aplicarse pinturas directamente sobre la superficie no revocada.
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El costo de la mampostera de suelo es un 50 % menos que la de ladrillo
cermico o bloques de hormign, sin considerar los gastos de fletes.
La resistencia o aislamiento trmico de un muro de tierra comprimida es mayor
que la del ladrillo cermico y ms an que la del bloque de hormign.
2.6. Sistema Earthbag
El superadobe o earthbag es un ingenioso sistema que utiliza sacos en las
cuales son llenadas con tierra estabilizada y costurada con cordn de pita para evitar
prdida de material. En la Figura 2.2 se ilustra la construccin de superadobe en el cual
se ocuparon 16 unidades de Earthbag por metro cuadrado de muro.
Figura 2.2.Construccin de superadobe o earthbag
2.7. Proceso de confeccin de Earthbag
Se explica en forma general los procesos que influyen en la fabricacin de un
Earthbag (saco de tierra), es decir, desde la extraccin de la materia prima hasta la
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confeccin de un Earthbag. En la Figura 2.3 se ilustra un lote de Earthbag en el cual se
usaron en la construccin de superadobe o Earthbag.
Figura 2.3.Unidades de superadobe o earthbag
2.7.1. Extraccin de Materia Prima.
El suelo como materia prima se extrae de un lugar cercano al terreno de
construccin, con el fin de no generar grandes distancia de recorrido. La nicarestriccin de este suelo que no contenga material orgnico para la confeccin de
Earthbag.
La cantidad de suelo depender del tamao de la unidad de Earthbag que se
requiera y de las especificaciones utilizadas por las distintas empresas dedicadas a
este rubro.
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2.7.2. Estabilizacin de la Materia Prima.
En este proceso, la estabilizacin de suelo se realiza con un cernidor, con el fin
de separar el material orgnico con el suelo til. Este proceso se lleva a cabo en el
terreno de construccin o en el lugar de la extraccin del suelo.
2.7.3. Confeccin de Earthbag.
Este proceso de confeccin de una unidad de Earthbag se divide en dos
subfases, esta son: Llenado y costurado.
i. Llenado.
Proceso que consisten en llenar un saco de polipropileno de las dimensiones que
se especifique en las especificaciones tcnicas.
Los sacos se llenan procurando que contengan una cierta cantidad de suelo, en
el cual deje un espacio entre el nivel de la tierra y el borde del saco de forma tal que se
haga un doblez para su posterior costurado.
ii. Costurado.
Proceso que consiste en amarrar un extremo del saco y coser el saco mediante
la utilizacin de una aguja saquera curva, previamente se realiza un doblez para evitar
la prdida de suelo en el saco y darle ms firmeza a la costura. Una vez terminada la
costura se amarra el extremo sobrante.
2.8. Anlisis de Ciclo de Vida
Se considera que el ACV tiene sus origines principios de los aos setenta,
cuando se llevaron a cabo diversos estudios energtico para valorar la eficiencia de
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determinadas fuentes de energa, motivados fundamentalmente por la crisis de
petrleo. En 1969, la compaa Coca-Cola encargo un estudio (nunca publicado) al
Midwest Research Institute (MRI), donde deban compararse diferentes tipos de
envases para determinar cul de ellos supona un menor consumo de recursos y una
menor cantidad de emisiones. En aquel entonces se utilizo la expresin Anlisis deRecursos y Perfil Ambiental. Este estudio es a menudo es referenciado, como el
comienzo de los ACVs (Boveo, 2002).
El anlisis del ciclo de vida se define como la herramienta adecuada para la
recopilacin y valoracin de las entradas (materia y energa), salidas (productos,
emisiones y residuos) e impactos potenciales de un sistema de produccin o servicio a
lo largo de su ciclo de vida. Conceptualmente este mtodo se mantiene en natural y
constante desarrollo, pues a medida que son divulgados nuevos trabajos prcticos consu aplicacin, se intercambian informaciones entre usuarios de esta metodologa. Todo
ello implica un constante proceso de retroalimentacin evolutiva en el mtodo, a
ejemplo de lo que ocurri anteriormente con otras metodologas de gestin (ISO 14040,
1997; SETAC, 1998).
La Society of Environmental Toxicology and Chemistry (SETAC) es la principal
organizacin que ha desarrollado y liderado las discusiones cientficas acerca del ACV.
En 1993, formul el primer cdigo internacional: Cdigo de prcticas para el ACV (Codeof Practice for Life Cicle Assessment), con el fin de homogeneizar los diversos estudios
realizados para que siguieran una misma metodologa. Esto impuls el inicio de
desarrollos masivos de ACV en diversas reas de inters mundial, pues se realizaron
conferencias, talleres y polticas sobre ACV. Posteriormente, la ISO apoy este
desarrollo para establecer una estructura de trabajo, uniformizar mtodos,
procedimientos, y terminologas, debido a que cada vez se agregaban nuevas etapas,
se creaban metodologas, ndices, programas computacionales dedicados a realizar
ACV en plantas industriales, etc (Romero, 2003).
En el 2002, el programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente (UNEP)
en colaboracin con la SETAC pone en marcha la Iniciativa del Ciclo de Vida como
respuesta al llamado de los gobiernos para aplicar una economa del ciclo de vida
expresada en la Declaracin de Malmo (2000), y para la promocin de consumo y de
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produccin sostenibles expresada en la Cumbre Mundial de Desarrollo Sostenible
(CMDS) de Johannesburgo (2002). La meta de la iniciativa es desarrollar y difundir
herramientas prcticas para evaluar las oportunidades, riesgos y compensaciones,
asociados a los productos y servicios durante todas las etapas del ciclo de vida
(Muoz, 2008).
2.9. Metodologa anlisis de ciclo de vida
Tal como se define en la ISO 14040 2006; los estudios de ACV debiera incluir
cuatros fases: definicin del objetivo y alcance, el anlisis del inventario, la evaluacin
de impacto y la interpretacin de resultados (ISO 2006a). Tal como se ilustra la Figura
2.4, estas cuatro fases no son simplemente secuenciales. El ACV es una tcnica
iterativa que permite ir incrementando el nivel de detalle en sucesivas iteraciones(Muoz, 2008).
Figura 2.4.Fases de un ACV.
2.9.1. Definicin de objetivos y alcance
El objetivo de ste, es establecer sin ambigedades la aplicacin deseada, las
razones para efectuar el estudio y a quienes se pretende comunicar los resultados.
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Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.22
Para definir el alcance y para asegurar que el nivel de detalles del estudio sean
compatible y suficiente para concretar el objetivo establecido. El alcance considera:
i. Funcin del sistema, la cual debe describir las funciones que definen el sistema
en estudio.
ii. La unidad funcional define la cuantificacin de las funciones identificadas,
proporcionando una referencia la que normaliza los datos de entrada y salida,
para asegurar la comparabilidad de los resultados del ACV (ISO, 2006a).
iii. Flujo de referencia es la cantidad de producto que se necesita para cumplir la
funcin, este debe ser luego usado para calcular las entradas y salidas del
sistema.
iv. Limites del sistema determinan los procesos unitarios a ser incluidos en el ACV.
Varios factores determinan los lmites del sistema, incluyendo la aplicacin
deseada del estudio, los supuestos de hechos, los criterios de corte o termino,
las restricciones de los datos y costos y la audiencia proyectada (ISO, 2006a).
v. Requisitos de calidad de los datos deben ser descritos en la fase de alcance del
estudio y comprobada en la fase de interpretacin. Estos datos especifican las
caractersticas necesarias para el estudio, ya que son importantes para
comprender la fiabilidad de los resultados e interpretar correctamente los
resultados del estudio (Gmez, 2010).
2.9.2. Anlisis de inventario
El anlisis de inventario es un balance de materia y energa del sistema, aunque
puede incluir otros parmetros, tales como: utilizacin del suelo, radiaciones, ruido,
vibraciones, biodiversidad afectada, etc. Comprende la recopilacin de los datos y la
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realizacin de los clculos para cuantificar las entradas y salidas del sistema estudiado
(Zaror, 2002).
Tal como se define en la ISO 14040 (2006); el anlisis de inventario es la fase
del ACV que comprende la compilacin y cuantificacin de entradas y salidas de un
proceso unitario en el sistema de produccin dado durante todo su ciclo de vida.
Adems es considerado como un proceso iterativo, a medida que se recopila los datos
y se aprende mas sobre el sistema, se pueden identificar nuevos requisitos o
limitaciones, que requieran cambios en los procedimientos de recopilacin de datos,
para poder cumplir los objetivos del estudio.
La recoleccin de datos puede efectuarse a travs de mediciones, clculos o
estimaciones (Suppen, N., Onosato, M.,Koji, T. & Takeuchi, 2005).En la Figura 2.5
ilustra los procedimientos para el anlisis del inventario (ISO, 2006a).
Figura 2.5Procedimientos simplificados para el ICV
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2.9.3. Evaluacin de impacto de ciclo de vida
Esta fase del ACV, evala cuan significativo son los impactos ambientales
potenciales utilizando los resultados del anlisis de inventario del producto o servicio en
cuestin. Este proceso asocia los datos de inventario con las categoras de impactos
ambientales especficos y con los indicadores de estas categoras para poder entender
los impactos. Adems facilita informacin para la etapa de interpretacin (ISO, 2006a).
Adems consta de una fase tcnica, considerada obligatoria por la metodologa y, otra
opcional (carcter poltico), por parte del interesado del proyecto. Los resultados tienen
un valor informativo aadido para la toma de decisiones (Carvalho, 2001). La Figura 2.6
ilustra los elementos que forman de la fase de evaluacin de impacto del ciclo de vida
propuesta por la ISO 14040 (2006).
Figura 2.6Elementos de la fase de EICV
2.9.4. Interpretacin
Es la fase del ACV en la que combinan los resultados del anlisis del inventario
con la evaluacin de impacto del ciclo de vida, o en el caso de estudios de anlisis de
inventario de ciclo de vida, slo considera estos resultados segn los objetivos y
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alcance establecidos. Los resultados de la interpretacin se pueden transformar en
conclusiones y recomendaciones para la toma de decisiones segn el objetivo y
alcance del estudio (ISO, 2006a). Permite determinar en qu fase del ciclo de vida se
generan las principales cargas ambientales y observar cules son los puntos que
pueden o deben mejorarse en el sistema evaluado. En los casos de comparacin dediferentes productos se podr determinar cual manifiesta un mejor comportamiento
ambiental (Vallejo, 2004).
En esta fase se sugiere realizar un anlisis de sensibilidad, que tiene como
finalidad analizar los cambios en los resultados del ACV como consecuencia de variar
datos sensibles de inventario, es decir, datos que afectan considerablemente al
resultado final, en donde pequeas variaciones producen importantes cambios en los
resultados, para as obtener conclusiones ms ajustadas (Ruiz, 2007).
En la Figura 2.7, segn la ISO 14044 (2006), se muestran los tres elementos que
componen la fase de interpretacindel ciclo de vida.
Figura 2.7.Relaciones de los elementos dentro de la fase de interpretacin con lasotras fases del ACV (ISO, 2006b).
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2.10. Metodologa de Evaluacin de Impacto de Ciclo de Vida
La evaluacin de impactos de ciclo de vida es esencialmente significativa para
mejorar el entendimiento de los resultados de la fase de inventario (ISO, 2006a).
En sntesis las categoras de impacto son los efectos sobre el medio ambienteque causan los aspectos medioambientales del sistema o producto en estudio. En
efectos sern seleccionados y definidos teniendo en cuenta el potencial impacto que
pueda generar el sistema o producto en estudio (Carvalho, 2001). La Tabla 2.4 muestra
algunas de las categoras de impacto ms relevantes (Gonzlez, 2010).
Tabla 2.4.Descripcin de las principales categoras de impacto.
Categora de impacto Descripcin
Agotamiento de recursosAbiticos
Disminucin de la disponibilidad de recursos naturales.
Agotamiento del ozonoestratosfrico
Incremento en la cantidad de radiacin UV-B que llega ala superficie de la tierra.
Formacin de oxidantesfoto-qumicos
Reaccin de oxidantes fotoqumicos perjudiciales para lasalud humana, los ecosistemas y la agricultura.
Acidificacin
Mediante la liberacin de cidos en el suelo y en el agua,pueden hacer variar la acidez del medio afectando a laflora y fauna que habita en l, produce deforestacin y
puede afectar a los materiales de construccin.
Eutrofizacin
A partir de un alto nivel de los micronutrientes, nitrgeno yfosforo, se puede llegar a una disminucin del oxigeno
acutico, lo cual conduce a la descomposicin causadapor bacterias anaerbicas, afectando al entorno natural y
modificado por el hombre.
ToxicidadEfectos sobre los humanos y los ecosistemas acuticos y
terrestres de las substancias toxicas existentes en elambiente.
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A continuacin se describen las metodologas utilizadas en este estudio
asociadas a la demanda de energa acumulada y el mtodo IPCC 2007.
2.10.1. Mtodo de Demanda de Energa Acumulada
El anlisis de la demanda de energa acumulada (DEA) consiste en la
cuantificacin de toda la energa consumida directa o indirectamente a lo largo del ciclo
de vida del producto. Para cada etapa del ciclo de vida pueden calcularse diferentes
consumos de energa dependiendo del alcance que se quiera dar al anlisis:
Consumo directo de energa durante la extraccin y transporte de las materias
primas, la fabricacin, distribucin, utilizacin y tratamiento de los residuos del
producto.
Consumo de energa asociada a los materiales
Consumo indirecto de energa relacionado con las infraestructuras necesariaspara utilizar el producto, como por ejemplo, la produccin de electricidad,
combustibles, maquinaria, camiones, etc.
En general, el mtodo DEA expone toda la demanda, valorada como energa
primaria, que se plantea en relacin con la produccin, uso y disposicin de un producto
servicio. Por lo tanto, es un indicador como tal, de los impactos ambientales en lo que
respecta al rendimiento energtico de los sistemas de generacin de energa en su
ciclo de vida, (Niembro, 2008).
De acuerdo a estudios realizados, se ejemplifica el modelo de caracterizacin en
las siguientes ecuaciones:
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Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.28
(2.1)
(2.2)
DEAtotal : Indicador demanda acumulada de energa total de todo el sistema en
estudio, expresado en MJ.
DEAproceso : Demanda acumulada de energa por proceso.
DEAmaterial : Demanda acumulada de energa por materia prima o energa en un
proceso.
mmaterial : Su respectivo peso o cantidad.
Fp : Factor de produccin. Los factores Fp tienen un carcter emprico y
depende de la naturaleza y el trabajo adicional requerido para utilizar el material en
determinado proceso
2.10.2. Mtodo IPCC 2007
La tierra absorbe la radiacin del sol. Esta energa es redistribuida por la
atmosfera y los ocanos y retornada en forma de radiacin infrarrojo trmica. Parte de
esta radiacin es absorbida por los gases existentes en la atmosfera provocando el
calentamiento del planeta, a este fenmeno se denomina efecto invernadero (Antn,
2004). Durante el proceso dichos gases forman un escudo que atrapa localmente
parte de la energa irradiada. Debido a ello las capas ms bajas de la atmsfera se
calientan, propiciando el calentamiento de la superficie del planeta. Las consecuencias
previstas por los expertos en climatologa, son que se elevar de 1,4 a 5,8 C la
temperatura media de la tierra en los prximos 100 aos. Este cambio climtico traer
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consecuencias diversas, entre otras, en las reas de la salud humana, ambiente natural
y ambiente modificado por el hombre (Carvalho, 2001).
El impacto de efecto invernadero se explica utilizando el modelo de Global
Warming Potential (GWP). Definiendo, el GWP de una cierta sustancia es el cociente
entre el resultado de su contribucin a la absorcin de la radiacin trmica instantnea
realizada por 1 kilogramo de gas del efecto invernadero emitido, con relacin a la
misma cantidad emitida de dixido de carbono (CO2), integradas a lo largo del tiempo.
As, de este modo, el factor de caracterizacin del CO2como gas del efecto invernadero
es igual a 1 y se expresa en la unidad de CO2equivalentes, segn la ecuacin dada por
Wenzel, 1998.
,i aicitdt0
aC2ctt0
(2.3)
ai : Fuerza radiactiva por unidad de concentracin que incrementa el gas del efecto
invernadero i.
Ci(t)
: Concentracin del gas invernadero i despus de emitido en relacin con el
tiempo t.
T : El nmero de aos a lo largo del cual hay que hacer la integracin.
As se encuentra el indicador que sirve para evaluar este impacto, el cual se
expresa como CCI (Climate Change Indicator). Su medida se har relativa respecto al
efecto producido por 1 kilogramo de CO2y se calcular mediante la siguiente ecuacin:
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.30
CC
(2.4)
mi : Es la masa de la substancia i expresada en kg.
Como ya se mencion, el GWP depender del tiempo de integracin. Para
efectos de este estudio, se considerara el tiempo de 100 aos, ya que se requiere
predecir efectos a largo plazo, utilizando los factores de caracterizacin mostrados en la
Tabla 2.5
Tabla 2.5.Factores de caracterizacin de calentamiento global (Antn, 2004)
Substancia GWP100
Dixido de carbono (CO2) 1
Metano(CH4) 25
Monxido Dinitrogeno (N2O) 298
El mtodo IPCC 2007 es una actualizacin del mtodo IPCC 2001, desarrollado
por el Panel Intergubernamental para el Cambio Climtico, el cual est diseado para
calcular las emisiones de CO2 acumuladas en procesos mediante factores. Estos
factores del IPCC son estimados para un periodo de cien aos.
2.10.2.1 Emisiones de CO2Transporte Terrestre
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.31
La mejor forma de calcular las emisiones de CO2es sobre la base de la cantidad
y el tipo de combustible quemado y su contenido de carbono. El mtodo calcula las
emisiones de CO2multiplicando el combustible consumido por un factor de emisin de
CO2por defecto. Se ve representado en la ecuacin 2.5
EmisinCombustiblesEaa
(2.5)
Emisin : Emisiones de CO2(kg).
Combustible : Combustible vendido (TJ).
EFa : Factor de emisin (kg/TJ). Es igual al contenido de carbono
del combustible multiplicado por 44/12.
a : Tipo de combustible (gasolina, diesel, gas natural).
El factor de emisin de CO2 toma en cuenta todo el carbono del combustible,
incluido el que se emite en forma de CO2, CH4, CO, y materia particulada (Gonzlez,
2010).
2.10.2.2 Combustin estacionaria
A continuacin se describen los mtodos y los datos necesarios para estimar las
emisiones procedentes de la combustin estacionaria. Para aplicar una estimacin de
emisin se requiere lo siguiente para cada categora de fuente y combustible:
Datos sobre la cantidad de combustible quemado en la categora de fuente.
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.32
Un factor de emisin por defecto.
Los factores de emisin provienen de los valores por defecto suministrados junto
con el rango de incertidumbre. Se utiliza la ecuacin 2.6:
EmisionesEConsumo Combustiblecombustible actor de emisinE, combustible(2.6)
EmisionesGEI : Emisiones de un gas de efecto invernadero dado por
tipo de combustible (kg GEI).
Consumo combustiblecombustible : Cantidad de combustible quemado (TJ).
Factor de emisinGEI,combustible : Factor de emisin por defecto de un gas de efecto
invernadero dado por un tipo de combustible (kg gas/TJ).
Para calcular el total de emisiones por gas de la categora de fuente, se suman
las emisiones calculadas en la Ecuacin 2.6. para todos los combustibles (Vol. 2,
IPCC), tal como se muestra en la ecuacin 2.7.:
emisionesE EmisionesE, combustiblecombustible
(2.7)
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.33
2.11. Software para aplicacin de anlisis de ciclo de vida
Los pasos operativos para que se lleve a cabo el ACV de un sistema o producto,
incluyen el manejo de gran cantidad de datos de los inventarios, seguidos de diversas
operaciones de clculo que se aplican a los factores de caracterizacin. Estos aspectos
sern ms viables con el soporte de sistemas informticos que faciliten las tareas a
realizar (Muoz, 2008).
Debido al xito que ha tenido el ACV como herramienta de gestin, para la
creacin de ecodiseos, el desarrollo de polticas pblicas, planeacin estratgica,
ecoetiquetas, entre otros, se han desarrollado distintos software y bases de datos para
facilitar su aplicacin (Vivancos, et al, 2001). La Tabla 2.6 presenta una breve
descripcin de los principales software utilizadas en la elaboracin de ACV.
Tabla 2.6.Principales herramientas utilizadas en la elaboracin de ACV.
Programa Organizacin Caractersticas Pas
SimaPro Pr Consultans Compara y analiza complejos productosdescomponindolos en todos sus
materiales y proceso
Holanda
Gabi Universidad deStuttgart
En contraste con las herramientasclsicas de ACV, este programa ofreceadems un anlisis econmico
Alemania
Umberto Ifeu-Institute Preparacin de ACV y ecobalancesempresariales
Alemania
TEAM Ecobilan Muy completo, su base de datos incluyems de 500 mdulos de diferentessectores
Francia
KCL-ECO The Finnish Pulpand Paper
Research Institute
Industria papelera Finlandia
LCAit ChalmersIndustritecnik
Balance de energa y materiales.Aplicacin especial en el sector deenvases y productos de papel
Suecia
WISARD PricewaterhouseCoopers
Anlisis de impacto econmico yambiental de residuos slidosmunicipales.
Francia
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CAPTULO 2: CONTEXTUALIZACIN
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.34
2.12. SimaPro
Este programa desarrollado por la empresa holandesa PR Consultants, permite
realizar ACV mediante el uso de bases de datos de inventario propias y bibliogrficas
que contienen el software. Las bases de datos creadas por el usuario permiten que el
estudio ACV de cualquier producto sea acorde a las caractersticas de localidad.
SimaPro es una herramienta profesional para almacenar, analizar y realizar un
seguimiento del rendimiento ambiental de productos y/o servicios, facilitando el anlisis
y la representacin grfica de ciclos complejos de un modo sistemtico y transparente
(Muoz, 2008)
Algunas caractersticas destacables de este software son:
Permite determinar en cada etapa del proceso, impactos ambientales por
categoras (cambio climtico, agotamiento de la capa de ozono, eutrofizacin,
acidificacin, agotamiento de recursos abiticos, ecotoxicidad, etc.),
Identificar aspectos ambientales que contribuye a cada categora de impacto.
Comparar distintos escenarios en funcin de una unidad funcional comn (ej.
unidades de producto, toneladas de producto, caractersticas de producto, etc.) Realizar anlisis de sensibilidad, permitiendo la modificacin de escenarios e
identificacin de opciones de mejora.
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CAPTULO III
METODOLOGA
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.36
CAPITULO 3. METODOLOGA
3.1. Introduccin
El presente captulo expone la estructura metodolgica que gua el trabajo arealizar. Esta etapa se considera fundamental, ya que de sta depende el eventual xito
que tengan las tareas planteadas.
Se describir el desarrollo experimental, en donde se dar a conocer el
experimento a ejecutar y sus caractersticas. Tambin se entregar el mtodo y plan de
trabajo, en el cual se explicar paso a paso las tareas a realizar y la forma en que se
deben llevar a cabo. Asimismo este captulo presentar la forma en que se deben
efectuar el anlisis, la manera de obtener los resultados y comparaciones.
3.2. Anlisis de ciclo de vida de los bloques de tierra comprimida.
De acuerdo a lo establecido en la ISO 14040 (2006), el anlisis del ciclo de vida
debe incluir cuatro etapas en su estudio: Definicin de objetivos y alcance, anlisis de
inventario, evaluacin de impactos e interpretacin de resultados. Como apoyo para
estimar la demanda de energa acumulada y carga ambiental generados en los
procesos de produccin del BTC, se utilizara el programa SimaPro 7.3.3, con el que se
analizara de acuerdo al concepto de la cuna a la puerta.
3.2.1. Definicin de objetivos y alcance
3.2.1.1 Propsito
El objetivo de este estudio fue evaluar la produccin de un bloque de tierra
comprimida mediante el anlisis ciclo de vida, basado en un suelo de la localidad de
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.37
Huichahue, IX regin. Para as determinar demanda de energa acumulada y carga
ambiental generada en los procesos de produccin del BTC.
Escenario 1:Utilizacin de prensa de accin manual CINVA-RAM para el proceso de
confeccin de la pieza.
Escenario 2:Utilizacin de prensa de accin mecnica HYDRAFORM para el proceso
de confeccin de la pieza.
3.2.1.2 Unidad Funcional
Para proveer una referencia con la cual son normalizados los datos de entrada y
salida, y para asegurar la comparabilidad de los resultados en el anlisis de ciclo de
vida se considero que la unidad funcional de este estudio ACV ser una pieza de 29 x
14 x 9 cm (Ver anexo A).
3.2.1.3 Limites del sistema del bloque de tierra comprimida
Como ya se ha mencionado, los lmites del sistema definen los procesos
unitarios que deben ser incluidos en el ACV. Esta etapa permite identificar el conjunto
de procesos unitarios o subsistemas necesario para producir el producto en estudio,
desde la extraccin de recursos primarios, los procesos de fabricacin, transporte de
materias de primas e insumos, uso y disposicin final de productos (Muoz, 2008).
En la Figura 3.1 se puede observar el escenario de produccin de bloque de
tierra comprimida en estudio, en donde se toman en consideracin de acuerdo a la
disponibilidad de datos, anlisis de procesos y en algunos casos simulaciones de
actividades.
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.38
Figura 3.1Diagrama del sistema de produccin de Bloque de Tierra Comprimida.
3.2.1.4 Calidad de Datos
Los datos relacionados a los procesos de estabilizacin y preparacin y
curado, fueron recolectados del trabajo titulo Estudio de Bloques de ierraComprimida, estudio realizado anteriormente a este estudio de ACV. Para el uso de la
energa elctrica y combustible se consideran datos nacionales los cuales son utilizados
para modificar en la base de datos de programa SimaPro 7.3.3. Para otras simulaciones
se considerar datos y tecnologas disponibles en la base de datos del Software.
3.2.2. Anlisis de Inventario
El anlisis de inventario es un balance de materia y energa del sistema, el que
puede incluir otros parmetros, tales como: utilizacin del suelo, radiaciones, ruido,
vibraciones, biodiversidad afectada, etc. Comprende la recopilacin de datos y
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.39
realizacin de clculos adecuados para la cuantificacin de entradas y salidas del
sistema estudiado (ISO, 2006a).
Los datos del inventario fueron identificados para cada proceso unitario
contemplado en el lmite del sistema. Estos datos de inventario han sido recolectadosde varias fuentes como trabajos de ttulos, base de datos y manuales de equipo
elaborado por los proveedores.
3.2.2.1 Energa elctrica
En Chile, el mercado elctrico cuenta con actividades de generacin, transmisiny distribucin de energa elctrica, las que son desarrolladas por empresas de capitales
privados, siendo reguladas y fiscalizadas por el estado. En la industria elctrica nacional
aproximadamente 40 empresas generadoras, 10 empresa trasmisoras y 31 empresas
distribuidoras, que en conjunto suministran una demanda agregada nacional que en el
2007 super los 52.962 GWh (Gonzlez, 2010). Esta demanda se debe a que Chile se
forma de cuatro sistemas elctricos desde el norte a sur: Sistema Elctrico Norte
Grande (SING) que va desde Arica hasta Taltal en la regin de Antofagasta, el cual
abastece al 6,2% de la poblacin nacional; el Sistema Aysn (0,6 %) y el Sistema de
Magallanes (0,93%) los cual atienden la poblacin ms austral del pas, y el sistema
interconectado central (SIC), siendo este ultimo de gran importancia para este estudio.
Sistema Interconectado Central (SIC)
El SIC es el sistema elctrico de servicio pblico ms importante del pas, cubre
aproximadamente 2.100 km del territorio nacional, abasteciendo de energa al 92,2 %
de la poblacin, por el cual cuenta con una potencia instalada al 31 de diciembre de
2010, que alcanza a los 12.147,1 MW. Su cobertura va desde la rada de Paposo por el
norte (II Regin) hasta la Isla Grande de Chilo por el sur (X Regin).
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.40
Para evaluar los impactos ambientales asociados a la energa elctrica, se
consideraran datos de generacin bruta del SIC del ao 2011. Los porcentajes por tipo
de energa se encuentran distribuidos en un 44,56 % para la energa hidrulica, un
22,65 % para el carbn, un 21,82 para el gas y un 10,27 % para el petrleo y sus
derivados y un 0,70 para otra fuentes, como la elica (Anuario CDEC-SIC, 2011).
3.2.2.2 Sistema de Produccin de Bloque de Tierra Comprimida
El sistema de produccin de BTC contempla varios procesos unitarios continuos,
que va desde la extraccin de la arcilla, transporte, maduracin de la arcilla,
estabilizacin y preparacin de la mezcla, confeccin (mediante equipo de compresin),curado, y por ltimo el despacho y embalaje.
I. Extraccin de Arcilla
La arcilla contemplada en este anlisis de ciclo de vida (ACV) es de la localidad
de Huichahue, IX regin.
Para efecto de este proceso se considera que la extraccin de la arcilla se realiza
travs de una excavadora marca Komatsu PC210 LC- 6 ao 1999, considerando
rendimientos y capacidades del trabajo titulo Evaluacin del proceso de produccin del
ladrillo estructural mediante el anlisis de ciclo de vida desarrollado por Mauricio
Hermosilla 2010 (Ver anexo D).
Para crear la salida del co-producto Etraccin de arcilla se necesitan ingresar
al programa las entradas que entran en este proceso. Las entradas son la arcilla y la
excavadora, la primera se ingresa como entrada conocida desde la naturaleza, en el
cual se modifica de acuerdo a las caractersticas del suelo de Huichahue, mientras que
la excavadora se ingresa como entrada conocida desde la tecnosfera.
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.41
II. Transporte
En el trasporte se considera una distancia predeterminada de 10 km, este valor
se ingresa al programa a travs de la unidad toneladas-kilmetros (tkm). Una tkm
significa el trasporte de una tonelada sobre un kilometro, esto quiere decir que la
cantidad de arcilla extrada (proceso anterior) se multiplica con la distancia de
transporte.
Adems en este proceso se realiz un anlisis de sensibilidad de las distancias a
travs de los siguientes kilmetros; 5, 15 y 20 km. Estas se compararan con la distancia
predeterminada a travs de grficos de barras.
Para crear el co-producto transporte, se debe ingresar al programa las entradas
que se requiere para este proceso. Estas entradas son la arcilla extrada del procesoanterior, pero con la nica diferencia que en este proceso pasa ser una entrada
conocida desde tecnosfera y por ltimo el camin que es una entrada que proviene
desde la tecnosfera.
III. Maduracin de la Arcilla
Este proceso no genera cargas ambientales significativas para el estudio, esto sedebe a que la maduracin de la arcilla consiste en dejar bajo techo con el fin de facilitar
el tamizado e impedir las aglomeraciones de partculas para su posterior mezclado. Por
lo tanto en este proceso no hay datos relevantes que afecten al estudio.
IV. Estabilizacin y Preparacin de la mezcla
El proceso de estabilizacin y preparacin de la mezcla consta de dos sufbases,estas son: tamizado el suelo y el mezclado de las partes constituyentes. Por su parte
una vez que la maduracin de la arcilla se llevo a cabo, esta pasa por un tamizado, con
el fin de eliminar elementos forneos. Despus es mezclada la tierra con el estabilizante
(cal) para maximizar la fuerza, y luego se incorporan agua necesaria, para as obtener
la densidad mxima de compactacin. Se utiliza una dosificacin de 87,08 % de arcilla,
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CAPITULO 3: METODOLOGA
Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.42
10,86% de agua y de 2,61% de cal, por las cuales se ingresan al programa mediante la
unidad kg (Ver anexo A).
Para crear este co-producto Estabilizacin y preparacin de la mezcla se
ingresaran al programa las entradas involucradas. Estas entradas son el co-producto
generado del proceso de transporte, ms cal y el agua. Estos materiales se ingresan al
programa como entradas conocidas desde tecnosfera.
V. Compresin
En el proceso confeccin de bloque se consideran dos tipos de prensa, esta son:
Prensa Cinva-Ram de accin manual, y la Hydraform que es una prensa hidrulica.
En ambas prensa se realizaron clculos de produccin mensual de bloques con
el fin de generar datos de inventario y as ingresar al programa. Adems en la prensa
Hydraform se realizaron clculos de energa elctrica mensual y consumo de energa
elctrica por un bloque (Ver Anexo E). Los datos considerados para el inventario son
ingresados al software SimaPro 7.3.3.
Para crear el co-producto compresin, se deben ingresar al programa las
entradas que se requieren para el proceso. Estas entradas son el co-producto generadopor el proceso anterior y la prensa, estas dos entradas se ingresan como entradas
conocidas desde la tecnosfera.
VI. Curado
En este proceso de curado no genera carga ambiental significativa para el
estudio debido que es una tecnologa que necesita del sol y de riego sucesivos de aguadurante siete das como mnimo, despus se estacionan en un espacio al abrigo del sol
y de las corrientes de aire por un periodo de mnimo de 20 das.
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Anlisis de Ciclo de Vida de Bloques de Tierra Comprimida, BTC.43
VII. Embalaje y despacho.
Es el ltimo proceso que considera este estudio ACV, y consiste en embalar los
bloques de tierra comprimida despus de haber sido curado. Estn se embalan en
pallet de madera (1000 x 1000 mm) con capacidad de 200 bloque cada uno, y luego
son envueltos por un film plstico para mayor proteccin. Para el despacho al camin
se considera una gra horquilla
Para crear el co-producto embalaje y despacho se ingresan al programa las
entradas conocida desde la tecnosfera, estas son: bloque de tierra comprimida, gra
horquilla, plstico film LPDE y pallet de madera.
Cantidad de pallet por bloque se tomaran en cuenta la vida til que es
aproximadamente 20 usos aproximadamente.
3.3. Anlisis de ciclo de vida del sistema Earthbag.
De acuerdo a lo establecido en la ISO 14040, este anlisis de ciclo de vida al
sistema EARTHBAG contempla en su desarrollo cuatro etapas, estas son: Definicin de
objetivos y alcance, anlisis de inventario, evaluacin de impactos e interpretacin de
resultados. Como apoyo para facilitar los clculos para obtener la demanda de energa
acumulada e impactos ambientales se utiliza el Software SimaPro 7.3.3.
3.3.1. Definicin de objetivos y alcance
3.3.1.1 Propsito
El objetivo de este estudio es evaluar la confeccin del sistema Earthbag,
mediante el anlisis ciclo de vida, para as determinar la energa acumulada y carga
ambiental asociado a este si