Przedmiotem środowiskowej oceny cyklu życia były trzy warianty konstrukcyjne pomostu, zaprojektowane dla modernizowanego mostu przez Wisłę w Nagnajowie, położonego w ciągu drogi krajowej nr 9 (międzynarodowej E-371). Most został zbudowany w latach 1959-1961. Istniejący most i jego pomost pokazano na rys. 2. Modernizacja mostu w Nagnajowie była przedmiotem wcześniejszych studiów i analiz prowadzonych przez autora. W pracy [6] przeanalizowano kilka wariantów pomostów wykonanych z materiałów tradycyjnych (stal, beton zwykły, beton lekki). Aspekty techniczne i obliczeniowe modernizacji mostu z wykorzystaniem pomostu aluminiowego przedstawiono w pracy [7]. Analizę porównawczą różnych płyt pomostowych stosowanych do modernizacji kratownicowych mostów stalowych przedstawił autor w pracy [8], natomiast analizę porównawczą kosztów w cyklu życia (LCCA) dla wybranych wariantów pomostu mostu w Nagnajowie w pracy [1]. Końcowy projekt oraz realizację modernizacji pomostu według wariantu wybranego przez administratora mostu przedstawiono w pracy [9]. Wymienione prace w sposób obszerny przedstawiają stronę techniczną, obliczeniową i ekonomiczną zagadnienia. Przedstawiona poniżej środowiskowa ocena wariantów pomostu umożliwia holistyczne spojrzenie na dość powszechny współcześnie problem wymiany/modernizacji pomostu w tego typu obiektach mostowych.
Przedmiot analizy LCA
Podstawowe założenia do modernizacji mostu były związane z koniecznością dostosowania jego parametrów użytkowych do obowiązujących wymagań technicznych. Założono zwiększenie nośności dźwigarów głównych i pomostu oraz uzyskanie 60-letniej trwałości mostu po modernizacji. W przypadku pomostu wymagana trwałość jest mniejsza i wynosi: dla elementów konstrukcyjnych pomostu – 30 lat, dla wyposażenia pomostu (izolacja, nawierzchnia itp.) – 15 lat oraz dla zabezpieczenia antykorozyjnego stali i betonu – 15 lat [10]. Aby spełnić te wymagania modernizacja mostu obejmowała m.in: wzmocnienie bezpośrednie stalowych dźwigarów głównych i belek rusztu pomostu, całkowitą wymianę płyty pomostu, odnowę zabezpieczenia antykorozyjnego i wyposażenia oraz remont i wzmocnienie podpór [9].
Podstawowym elementem modernizacji mostu była całkowita wymiana istniejącej płyty pomostu wraz z wyposażeniem oraz ewentualne wzmocnienie belek pomostu i dźwigarów głównych. Porównawczą analizę wpływów środowiskowych w ciągu cyklu życia mostu przeprowadzono dla trzech wariantów nowej płyty pomostu: żelbetowej, stalowej i aluminiowej. Ponieważ pozostałe elementy modernizacji mostu (np. rozbiórki, naprawy, zabezpieczenie antykorozyjne dźwigarów, remont podpór itp.) są niezależne od rodzaju nowego pomostu, nie uwzględniano ich w analizie. W pracy [1] przedstawiono podstawowe parametry techniczne rozpatrywanych wariantów nowego pomostu. Warianty nr 1 i 2 to konwencjonalne płyty pomostów: żelbetowa, zespolona z belkami pomostu oraz stalowa, ortotropowa. Wariant nr 3 zakładał wykorzystanie paneli ze stopu aluminium, opisanych m.in. w pracy [11]. Każdy z wariantów spełniał jednakowo wymagania dotyczące nośności, natomiast w różny sposób wymagania dotyczące trwałości. Związane jest to głównie z różną trwałością materiałów, z których wykonano pomost. Poza materiałem i trwałością poszczególne warianty różniły się między sobą także ciężarem jednostkowym oraz związanym z nim zakresem wzmocnienia dźwigarów i belek pomostu.
Procedura środowiskowej oceny cyklu życia pomostów
Celem analizy LCA była porównawcza ocena potencjalnego wpływu na środowisko, generowanego podczas cyklu życia wybranych rodzajów pomostów, wykonanych z różnych materiałów konstrukcyjnych. Jako poziom odniesienia posłużył najbardziej rozpowszechniony pomost żelbetowy. W ramach głównego celu określono również cele szczegółowe, tj. określenie wielkości potencjalnego wpływu dla całych cykli życia pomostów oraz wykazanie źródeł największego oddziaływania.
Metodyka przeprowadzonej analizy LCA obejmowała realizację czterech etapów według norm [2], [3], [4], [5], tj.: określenie celu i zakresu analizy, analizę zbioru wejść i wyjść, ocenę wpływu cyklu życia i interpretację wyników. Analizę przeprowadzono zgodnie z wytycznymi dla analiz porównawczych [12]. W analizie wykorzystano następujące narzędzia:
- analizę LCA przeprowadzono za pomocą programu ECO-it v.1.3;
- ocenę wpływu na środowisko (LCIA) wykonano za pomocą metody Eco-Indicator 99;
- dane środowiskowe zaczerpnięto z bazy programu ECO-it oraz, w przypadku pomostu aluminiowego, z baz danych m.in. [13], [14], stosując edytor ECO-edit.
Większość procesów realizowanych w poszczególnych etapach cyklu życia pomostów (produkcja, użytkowanie, końcowe zagospodarowanie) ma miejsce na terenie Polski. Wyjątek stanowi faza pozyskania surowców do produkcji pomostu aluminiowego, które są sprowadzane zza granicy. Ponieważ opisane badanie LCA miało charakter porównawczy, poszczególne warianty były oceniane w porównywalny sposób w odniesieniu do szerokości i głębokości analizy LCA oraz jakości danych. Wszystkie warianty analizy sięgają do tego samego poziomu dostawców, tj. poziomu surowców. Ponieważ podstawą badania było wykazanie zmian w wielkości oddziaływania na środowisko wynikających głównie ze zmian w zakresie produkcji (materiały i technologie wykonania), zakresy geograficzne i technologiczne dla poszczególnych wariantów były różne, natomiast zakresy czasowe jednakowe. Zakres geograficzny kształtuje się od lokalnego do globalnego. Wynika to z faktu, że wykonanie pomostu żelbetowego ma charakter całkowicie lokalny, pomostu stalowego – krajowy, a pomostu aluminiowego, ze względu na dostawę surowców oraz know-how, globalny. Różne jest także zaawansowanie technologiczne – pomosty żelbetowy i stalowy reprezentują technologię tradycyjną, pomost aluminiowy – technologię zaawansowaną. Z przestrzennego punktu widzenia pomiędzy wariantami nie ma większych różnic, gdyż miejsce produkcji (wbudowania) jest mniej więcej to samo (z pewnymi różnicami w zakresie transportu). Warianty mają jednak całkowicie odmienny proces wytwarzania, co prowadzi do powstania wyrobów o odmiennych parametrach eksploatacyjnych. Przyjęte w analizie zakresy czasowe są jednakowe dla wszystkich wariantów pomostów i obejmują dane z okresu 2000-2005 oraz 60-letni cykl życia produktu.
- poprz.
- nast. »»