Reduction of the environmental impacts of reinforced concrete columns by increasing the compressive strength: a life cycle approach

• Published in: Revista IBRACON de estruturas e materiais Vol. 15; no. 6
• Main Authors: Bacelar, Bruno Athaíde, Dias, Thalita Cardoso, Ludvig, Péter
• Format: Journal Article
• Language: English; Portuguese
• Published: IBRACON - Instituto Brasileiro do Concreto 2022; Instituto Brasileiro do Concreto (IBRACON)
• Subjects: concrete columns; ENGINEERING, CIVIL; life cycle assessment; reinforced concrete; sustainability; concreto armado; concrete columns; reinforced concrete; avaliação do ciclo de vida; sustentabilidade; pilares de concreto armado; sustainability; life cycle assessment
• ISSN: 1983-4195; 1983-4195
• DOI: 10.1590/s1983-41952022000600010

Abstract The building industry is one of the greatest environmental impact causers in the planet. Cement is the second most used material in the world and the consumption of concrete ranges between 20 to 30 Gt yearly. This demand for the materials ten ds to increase for the next 100 years. The increase of concrete strength to reduce the material consumption is one of the options proposed in literature to reduce the environmental impacts in building industry. However, few studies have been carried about the actual advantages of this strategy in building production. In this paper, a 15-storey reinforced concrete building was designed with three different concrete grades for its columns: 30 MPa, 40 MPa and 50 MPa. The results for the volume of concrete and the amount of reinforcing steel to produce the columns were used to perform a cradle-to-gate life cycle assessment (LCA) to determine the alternative with less environmental impacts in the production stage. Results indicate an advantage to adopt higher strength concretes in columns to reduce environmental impacts and the consumption of materials. Direct effects of higher strength in concretes made possible to reduce the consumption of concrete by 15%. There was also a significant reduction caused by indirect effects of higher strengths in concrete, with the reducing of steel consumption up to 22%. With the combination of the direct and indirect effects of higher compressive strengths, it was possible to reduce the environmental impacts of reinforced concrete in all categories studied in the LCA. Resumo A indústria da construção é uma das maiores causadoras de impactos ambientais do planeta. O cimento é o segundo material mais utilizado no mundo e o consumo de concreto varia entre 20 a 30 Gt por ano. Isto faz com que a demanda pelos materiais apresente uma tendência de aumento durante os próximos 100 anos. O aumento da resistência do concreto para reduzir o consumo de materiais é uma das opções propostas na literatura para reduzir os impactos ambientais na indústria da construção. No entanto, poucos estudos têm sido realizados sobre as vantagens reais desta estratégia na construção de edifícios. Neste artigo, um edifício de concreto armado de 15 andares foi dimensionado com três tipos diferentes de concreto para os pilares: 30 MPa, 40 MPa e 50 MPa. Os resultados para o volume de concreto e a quantidade de aço de armadura para produzir os pilares foram utilizados para realizar uma avaliação do ciclo de vida (ACV) do berço ao portão da fábrica para determinar a alternativa com menos impactos ambientais na fase de produção. Os resultados indicam uma vantagem em adotar concretos de maior resistência em pilares de concreto armado para reduzir os impactos ambientais e o consumo de materiais. Os efeitos diretos da maior resistência dos concretos tornaram possível reduzir o consumo de concreto em 15%. Houve também uma redução significativa causada pelos efeitos indiretos da maior resistência dos concretos, com a redução do consumo de aço até 22%. Com a combinação dos efeitos diretos e indiretos da maior resistência à compressão, foi possível reduzir os impactos ambientais do concreto armado em todas as categorias estudadas na ACV.