LA DESCARBONITZACIÓ DE L’ESTRUCTURA

ORIOL PARIS VIVIANA
Dr. Arquitecte i Arquitecte Tècnic. Professor Lector.

Representant EPSEB de la Càtedra Economia Circular (UPC).

Membre del Consell Assessor del programa DAPCons (CATEB) i de la Comissió de Sostenibilitat (ACE).

INTRODUCCIÓ

Segons dades de la Comissió Europea, el sector de l’edificació a Europa és responsable de 1/2 de tots els materials extrets, 1/2 del consum total d’energia, 1/3 del consum d’aigua i 1/3 de la generació de residus, amb els conseqüents impactes ambientals que se’n deriven. Des de fa uns anys aquestes dades preocupants del sector, que tenen implicacions a nivell planetari, es veuen reflectides en les diferents directives europees que obliguen als països a redactar normatives per millorar el comportament ambiental dels edificis.
Cada vegada més sentim a parlar de la ‘descarbonització’, i el sector de l’edificació no n’està exempt. Descarbonitzar comporta reduir o anul·lar les emissions de carboni a l’atmosfera en qualsevol activitat. La descarbonització se centra principalment en eliminar el consum de combustibles fòssils que posseeixen carboni i que durant la seva combustió alliberen contaminants a l’atmosfera, sobre tot gasos d’efecte hivernacle (GEI). Actualment, el diòxid de carboni (CO₂) és el gas amb major presència i s’ha convertit en la unitat de mesura ‘oficial’ en termes d’escalfament global del planeta.
A dia d’avui ja estem familiaritzats amb les normatives d’eficiència energètica dels edificis, i de quines són o haurien de ser les mesures passives, i també actives, que els projectes haurien d’incorporar per tal de orientar-los a l’objectiu de “consum 0”, i per tant zero emissions. També sabem que encara no hem sigut capaços d’assolir-ho de forma massiva i continuada en tot el parc edificat, i que encara ens queda feina per fer.
El 8 de maig de 2024 es va publicar una nova actualització de la directiva europea relativa a l’eficiència energètica dels edificis (Directive 2024/1275 of the European Parliament and of the Council on the energy performance of buildings) on s’afirma que ‘’el 40 % del consum final d’energia en la Unió i el 36% de les emissions de gasos d’efecte hivernacle relacionades amb l’energia corresponen als edificis, mentre que el 75% dels edificis de la Unió segueixen sense ser eficients des del punt de vista energètic’’.
Aquests aspectes relacionats amb les estratègies passives de l’arquitectura, l’eficiència de la maquinària o la incorporació d’energies renovables potser queden una mica lluny dels interessos de l’ACE. Però en aquesta mateixa directiva s’amplien els objectius de regulació ambiental dels projectes cap a una anàlisi de tot el cicle de vida de l’edifici (ACV). Per tant, ara sí, ara toca de ple als interessos de l’Associació.
La pressió sobre els estats membres és gran, ja que els obliga a actualitzar els objectius d’eficiència dels edificis i generar una nova normativa relativa als impactes dels materials per a la seva construcció, tot això per abans del 29 de maig del 2026. Per tant, és d’esperar que en breu es publiqui una actualització del CTE amb un nou DB relatiu a la sostenibilitat.

ACV, LA METODOLOGIA

Ja des de mitjans del anys 60, abans de la primera crisi del petroli, es disposa d’una metodologia analítica i normalitzada per poder mesurar els impactes ambientals de qualsevol procés, producte o servei. Aquesta metodologia queda recollida a la ISO 14040 des de 1997, i s’exemplifica a l’ISO 14044 amb requisits i directrius. El 2012 es va aprovar l’UNE-EN 15978, que específicament defineix com desenvolupar un ACV dels edificis.
L’Anàlisi del Cicle de Vida (ACV), o LCA en anglès (Life Cicle Assessment), és una eina de gestió que serveix per avaluar el comportament ambiental d’un producte o un servei al llarg de tot el seu cicle de vida (cradle to grave o ‘del bressol a la tomba’, i inclús permet valorar-ne el tancament del cicle fent un el ‘cradle to cradle’, del bressol al bressol).

Els primers ACV es van realitzar per productes de ‘poca magnitud’, no per això menys importants. Empreses com Coca-Cola ja van analitzar als anys 70 alguns dels seus productes i envasos. Però no va ser fins als anys 90 que es realitzen els primers estudis i anàlisis ambientals d’edificis sota aquesta metodologia. Des de la perspectiva de l’edifici, una ampolla de refresc és un producte relativament senzill, format per pocs components i materials. L’edifici és un producte molt més complex, on hi intervenen molts materials amb una durabilitat en servei també superior (fig.1).

Per tant, encara que soni redundant, desenvolupar una Anàlisi de Cicle de Vida de l’edifici comporta analitzar TOTS el processos que en formen part. Simplificant molt, vindria a ser:

• (A) la fase de fabricació dels materials i de construcció de l’edifici,
• (B) la fase de vida i ús de l’edifici
• (C) la fase de fi de vida amb la demolició o desconstrucció
• (D) la fase de tancament de cicle amb el potencial de recuperació i reciclatge

Aquestes fases, resumides aquí en 4 ‘titulars’, inclouen 17 subfases més que cal avaluar. A la figura 2 veiem enumerades aquestes subfases i la seva nomenclatura oficial. Si les llegim en detall entendrem la magnitud de la tragèdia. Per fer-ho haurem de disposar de totes aquestes dades i sumar-les per tal d’obtenir l’impacte final de l’edifici, o de l’estructura en el nostre cas.

Actualment, els principals indicadors d’impacte d’un edifici són les emissions de CO₂ i l’energia, i en breu també serà el consum d’aigua, tant en la fase d’ús com en la fabricació i posada en obra dels materials. De fet, els dos primers indicadors en el fons fan referència als gasos d’efecte hivernacle, i per tant a la principal causa del canvi climàtic. Però de gasos d’efecte hivernacle n’hi ha més d’un, i els principals són:

• el diòxid de carboni (CO₂),
• el metà (CH₄),
• l’òxid nitrós (N₂O),
• el vapor d’aigua,
• l’ozó,
• els halocarbons: els hidrofluorocarburs (HFC), els perfluorocarburs (PFC), l’hexafluorur de sofre (SF₆) i el trifluorur de nitrògen (NF₃)

En aquest sentit, quan sentim a parlat de “CO₂ equivalent” hem d’entendre que s’inclou també la part proporcional de la resta de gasos d’efecte hivernacle. Per tant, no serà la mateixa unitat de mesura el CO₂ que el CO₂ equivalent (CO₂e).
Però en breu sentirem a parlar de més indicadors ambientals que també tenen afectacions globals, territorials o locals que consten en els protocols de l’ACV i a les Ecoetiquetes tipus III dels productes de la construcció. A la figura 3, podem veure els principals indicadors ambientals de l’ACV que poc a poc haurem d’anar incorporant al nostre llenguatge.

1.700kg/m². COM CALCULAR L’IMPACTE AMBIENTAL DE L’ESTRUCTURA

Per tal de comptabilitzar el carboni embegut d’una estructura d’entrada cal saber quants i quins materials utilitzem per construir-la. Per tant és fonamental conèixer el pes de l’estructura, ja que hi ha una certa relació, però no és definitiva.
Segurament és una pregunta que alguna vegada ens hem fet. Richard Buckminster Fuller li va fer aquesta mateixa reflexió a Sir Norman Foster fa uns anys, tot i que segurament no ho feia amb l’objectiu que ara ens ocupa. Per tant, sabem quants i quins materials estem utilitzant per construir l’estructura i la fonamentació?
Com a resultat d’un estudi realitzat per l’iTeC, el COAC, el CATEB, l’Institut Cerdà i la UPC a principis dels 2000 es desprenen algunes dades interessants que ens ajuden a saber quants i quins materials utilitzem per construir els edificis, i sobretot com es distribueixen aquests pels subsistemes de l’edifici. L’estudi està basat en la recopilació de més 52 milions de m² d’edificis construïts, amb una representació del 50% d’habitatges plurifamiliars, un 27% d’unifamiliars i la resta d’usos diferents com comercial, oficines i industrial.
Com a primera dada important es desprèn la quantitat mitjana de materials que utilitzem per construir els edificis, que són de 2.793 kg per metre quadrat construït, on més del 60% del pes respon als subsistemes estructurals i de fonamentació (1.700 kg/m²). 900 kg/m² fan referència a l’estructura, dels quals més de 400 kg/m2 es deuen als granulats petris i 55 kg/m2 al ciment. Els fonaments representen 800 kg/m², dels quals més de 700kg/m² es deuen a granulats petris i uns 70 kg/m2 al ciment. De l’estudi també es desprèn que l’acer tenia poca presència, en pes tan sols 11 kg/m² en fonamentació i 22 kg/m² en l’estructura. Recordem que aquestes dades son valors mitjans de les tipologies constructives a Catalunya a principis dels 2000.
Un cop conegudes les quantitats aproximades dels materials, hem de saber els impactes ambientals per unitat de material segons tres indicadors. A la figura 4 podem veure els valors d’impacte dels principals materials que participen en l’estructura. Per tant, una manera senzilla de predimensionar l’impacte ambiental de l’estructura seria multiplicar els pesos per l’impacte (A1-A3) de cadascun dels materials.

Per fer això ens podem ajudar d’algun full de càlcul senzill amb l’estat d’amidaments, i enlloc de posar-hi el preu hi posarem el valor d’impacte del material o de la unitat d’obra. Això ens donarà un ordre de magnitud aproximat de quin pot arribar a ser l’impacte de la nostra estructura per les fases A1-A3.
Actualment podem disposar d’altres eines més automatitzades que ens ajudin a estimar un valor d’impacte orientatiu i poder redissenyar el sistema estructural si així ho requereix. L’iTeC disposa del TCQ-GMA i el banc BEDEC, que des de 2004 ha anat incorporant informació ambiental dels materials i les partides d’obra per les fases A1-A3 i A4-A5. També CYPE a nivell nacional disposa d’una base de dades i un mòdul ambiental, o OneClick i Tekla Structural Designer ho tenen a nivell europeu.
Ara bé, si volem completar l’anàlisi d’impacte a tot el cicle de vida ja no tenim gaires referències i la metodologia es complica. Haurem de tenir en compte aspectes com el transport, el muntatge, la durabilitat i el manteniment, així com la capacitat de desmuntatge i reciclatge de cada una de les solucions. De fet aquests aspectes no només depenen tant de la naturalesa del material ni les seves quantitats sinó de com el col·loquem a l’obra, quin disseny de solucions farem o com seran les unions entre els elements constructius. Per tant l’impacte final de l’estructura no dependrà només de les quantitats sinó de les qualitats en el disseny i de la seva posada en obra.

VALORS DE REFERÈNCIA (PER LES ETAPES A1-A5 DEL ACV)

En un edifici podem diferenciar dos grans fonts d’impacte. La primera i més coneguda es produeix durant la seva fase operativa, i fa referència als impactes derivats de l’ús de l’edifici (habitualment aquí parlem d’eficiència energètica, i ja fa uns anys que es disposa de normativa que limita i recomana). La segona font d’impacte respon a la materialitat del projecte i inclou la fabricació dels materials, les operacions de construcció i desconstrucció de l’edifici (per tant la maquinària i els mitjans auxiliars necessaris), així com les operacions de manteniment i reposició.
Segons les dades de què es disposa ara com ara, i tenint en compte encara la ineficiència de les nostres edificacions, la proporció aproximada d’impactes entre la fase de construcció i la fase d’ús de l’edifici és d’un 40% – 60% respectivament (per 50 anys de vida útil). Per tant, si aquest balanç el convertim en CO2 o CO2e, podríem estar parlant d’un “40% de carboni embegut’ i d’un ‘60% de carboni operatiu”.
Del total d’emissions de l’edifici, el 30% es deuen a la fabricació dels materials, el 5% a la construcció de l’edifici, un 60% a l’ús d’aquest i un 5% a les operacions de fi de vida. I de fet avui dia sabem que, del carboni embegut, entre el 40 i el 50% està relacionat amb els materials i elements de l’estructura i la fonamentació.
Amb les dades de què disposem avui en dia, podem estimar que els valors de referència de les emissions de CO₂e associades als materials de tot un edifici se situen entre els 500 i els 1.000 kg de CO₂e per m² construït. En aquest sentit sembla que l’estàndard de referència que s’està consolidant per edificis d’habitatges plurifamiliars podria estar al voltant dels 500-600 kg de CO₂e per metre quadrat construït (considerant les etapes A1-A5).
De fet, hem de ser prudents amb l’ús d’aquestes dades i valors perquè encara ara per ara no s’han publicat “valors oficials de referència” sobre els quals puguem situar objectivament l’impacte dels nostres edificis. La majoria de valors de referència que es publiquen són fruit d’investigacions científiques de ja fa anys, i els que ens dediquem a comptar CO₂ encara no ens hi hem posat d’acord.
Tot i això, l’important és definir quins seran els valors d’impacte “oficials” dels materials i les partides d’obra, ja que en nombroses ocasions aquests valors difereixen segons la base de dades consultada. De fet, no és tan estrany que sigui així. Com sabem, els valors d’impacte de la fabricació dels materials depenen dels processos industrials i del mixt energètic que tingui cada país. Si ho comparem amb els preus (€) passaria una mica el mateix: el cost del projecte dependrà del lloc on construïm i per tant de la base de dades que utilitzem .
Tot i això, de segur que en menys de dos anys veurem publicats valors de referència i d’obligat compliment que ens permetran classificar l’edifici de la mateixa manera que ho fem amb els certificats energètics (Figura 5).

Algunes entitats públiques i privades estan començant a suggerir valors límits de referència de tot l’edifici, que cada cop més s’utilitzen en la puntuació de les licitacions dels projectes. A la figura 6 es recullen alguns d’aquests valors publicats per l’INCASÒL, l’AMB o l’IMHAB entre d’altres.

Si intentem desgranar aquests valors, acceptant com a valor mitjà 620 kgCO₂e/m² per les etapes A1-A5, podem dir que la fonamentació i l’estructura, en el pitjor dels casos, seria responsable d’entre 200 i 250 kgCO₂e/m² de les emissions embegudes. Com ja hem dit, tot això dependrà del tipus d’edifici, l’alçada, la geometria , l’esveltesa, la compacitat, les llums màximes, etc… però sobretot dependrà del nombre de plantes soterrades, que en alguns casos pot representar fins el 20% de l’impacte.
Entrant en detall, i seguint amb edificis d’habitatges plurifamiliars, els valors de repercussió de les fonamentacions poden oscil·lar entre els 50 i els 70 kgCO₂e/m2, mentre que els de l’estructura estarien entre els 80 i els 110 kgCO₂e/m². D’aquesta ultima dada, els elements verticals (pilars, caixes d’escala/ascensors) representen entre 6 i 10 kgCO₂e/m², mentre que els elements horitzontals (sostres) se situen entre els 60 i 100 kgCO₂e/m².
Per tant, ara comencem a tenir algunes dades per saber quin és el nivell d’impacte de les estructures en els edificis i quins són els objectius que cal assolir a curt termini (fig. 7).

ESTRATÈGIES PER LA MINIMITZACIÓ DE L’IMPACTE AMBIENTAL DE L’ESTRUCTURA

Avui en dia encara ens falten mesures clares i quantificades que mostrin com podem millorar el comportament ambiental de l’estructura al llarg de tot el seu cicle de vida. El recent Código Estructural defineix alguns paràmetres a tenir en compte per millorar-ne el comportament ambiental, però ho fa des d’una valoració qualitativa i no estableix valors de referència quantitatius.
En termes generals les estratègies adequades serien:
● Optimitzar l’ús dels materials en les estructures.
● Escollir materials de menor impacte ambiental (referenciats a bases de dades o Ecoetiquetes tipus III).
● Millorar els processos d’execució per tal de minimitzar-ne les emissions i els residus generats (menys operacions a obra poden comportar menor quantitat de residus i menors emissions en les operacions de muntatge).
● Incrementar la durabilitat de l’estructura (més enllà dels 50 anys).
● Establir estratègies que facilitin les operacions de desmuntatge i recuperació de l’estructura al final de la seva vida útil.
Però si ens endinsem en un raonament més complex i estès en el temps, on es considera tot el Cicle de Vida de l’Edifici, podem reformular algun d’aquests aspectes. La idea que tenim actualment d’optimització ens porta a pensar moltes vegades que com menys pesi l’estructura millor, ja que en les fases A1-A3 obtindrem millors resultats ambientals, i és cert. Però incrementar la durabilitat depèn en molts casos de l’increment de recobriments i de seccions o d’augmentar la resistència dels materials utilitzats. Disminuir el manteniment comporta també haver de protegir. Facilitar la substitució i/o desmuntatge implica pensar en unions d’assemblatge abans que en unions contínues o adherides, i si a més hem de tenir en compte el potencial de recuperació dels elements constructius i els materials, l’anàlisi es complica.
Actualment es plantegen dos corrents estratègics en l’àmbit de la sostenibilitat de les estructures, a curt i llarg termini. Com ja es va publicar al número 79 de la revista de l’Associació, la posició de IStructE (The Institution of Structural Engineers) de la mà de Natasha Watson és que optimitzem les estructures per l’ús actual i reforcem-les en cas de necessitats futures.

Però també existeix el corrent ideològic que justament proposa el contrari. Per exemple, l’IMHAB publica en els seus criteris de valoració dels concursos i licitacions en l’apartat de “Industrialització, sostenibilitat i circularitat” que:
“… és necessari preveure la durabilitat de cada un dels components de l’edifici. Els més durables, com les estructures, es dissenyaran per poder ser ocupades per altres usos en el futur; mentre que els de vida més curta, com determinades instal·lacions i equips, hauran de preveure el seu manteniment, substitució i posterior reciclatge.”
En aquest cas comporta pensar els edificis amb un disseny estructural per a futurs usos, no només per a l’objecte de l’encàrrec. Per tant, si incrementem la càrrega en servei potser fem menys eficient l’estructura a curt termini però més eficaç a llarg termini. D’això en podríem dir “adaptabilitat del sistema’”. L’edifici de l’École Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes, de l’estudi Lacaton & Vassal, o l’edifici Gonsi Socrates de Viladecans de PichArchitects, interpreten l’estructura com una infraestructura de suport per a futurs usos, sobredimensionant-la si tenim en compte l’ús inicial de l’edifici. (figura 8 i 9)

En el marc d’homogeneïtzació europeu LEVEL(s) (https://environment.ec.europa.eu/topics/circular-economy/levels_en) també trobem propostes en aquest sentit. Per aquells que no coneguin què és LEVEL(s), és un llenguatge comú europeu per poder avaluar i informar sobre el rendiment en sostenibilitat dels edificis, mitjançant un sistema apte per a mesurar i recolzar millores des del disseny inicial fins al final de la vida de l’edifici. En aquesta metodologia es contemplen aspectes de projecte que afecten a tota la vida útil de l’edifici i a la seva circularitat.
Posem alguns exemples:
A l’indicador 2.3. “Disseny amb finalitats d’adaptabilitat i reforma”, es suggereixen estratègies amb la finalitat d’incrementar l’adaptabilitat per nous usos de l’edifici afectant directament a la concepció de l’estructura (fig. 10), i de la mateixa manera valora decisions concretes sobre la llum entre pilars, l’alçada interior lliure dels pisos, la capacitat portant o no de la façana i la capacitat de càrrega del projecte de cara a un futur (fig. 11 a 15).

A l’indicador 2.4. “Disseny per la desconstrucció”, proposa una sèrie de coeficients per calcular l’indicador de circularitat de l’edifici, puntuant d’1 a 0 les diferents maneres de recuperar les parts de l’edifici i per tant, de l’estructura (fig. 16). En aquest cas es potencien les solucions que permeten una reutilització gairebé completa dels components d’un edifici i penalitzen aquelles que tan sols permeten recuperar el material en forma d’energia.

Arribats en aquest punt, espero no haver despistat al lector en l’objectiu de l’article, i haver donat una visió suficientment transversal d’algunes de les estratègies per descarbonitzar l’estructura. El camí és complex però anem guiats. Sense perdre l’objectiu final, cal endinsar-se en tots aquells matisos importants i decisius de la consultoria estructural on cada dia més, serà necessari calcular els valors de referència i utilitzar-los per millorar l’impacte ambiental de les estructures.
Potser encara no és el moment de donar resposta a totes les fases dels cicle de vida de l’estructura, però sí que cal tenir-les presents i ser conscient que algunes decisions del disseny inicial poden condicionar en gran mesura els valors d’impacte finals.