LA DESCARBONIZACIÓN DE LA ESTRUCTURA

ORIOL PARIS VIVIANA
Dr. Arquitecto y Arquitecto Técnico. Profesor Lector.

Representante EPSEB de la Cátedra Economía Circular (UPC).

Miembro del Consejo Asesor del programa DAPCons (CATEB) y de la Comissiós de Sostenibilidad (ACE).

INTRODUCCIÓN

Según datos de la Comisión Europea, el sector de la edificación en Europa es responsable de 1/2 de todos los materiales extraídos, 1/2 del consumo total de energía, 1/3 del consumo de agua y 1/3 de la generación de residuos, con los consiguientes impactos ambientales que se derivan. Desde hace unos años, estos datos preocupantes del sector, que tienen implicaciones a nivel planetario, se reflejan en las diferentes directivas europeas que obligan a los países a redactar normativas para mejorar el comportamiento ambiental de los edificios.

Cada vez más escuchamos hablar de la ‘descarbonización’, y el sector de la edificación no está exento. Descarbonizar implica reducir o anular las emisiones de carbono a la atmósfera en cualquier actividad. La descarbonización se centra principalmente en eliminar el consumo de combustibles fósiles que poseen carbono y que durante su combustión liberan contaminantes a la atmósfera, sobre todo gases de efecto invernadero (GEI). Actualmente, el dióxido de carbono (CO2) es el gas con mayor presencia y se ha convertido en la unidad de medida ‘oficial’ en términos de calentamiento global del planeta. A día de hoy ya estamos familiarizados con las normativas de eficiencia energética de los edificios, y de cuáles son o deberían ser las medidas pasivas, y también activas, que los proyectos deberían incorporar para orientarlos hacia el objetivo de ‘consumo 0’, y por lo tanto cero emisiones. También sabemos que aún no hemos sido capaces de lograrlo de forma masiva y continuada en todo el parque edificado, y que aún nos queda trabajo por hacer.

El 8 de mayo de 2024 se publicó una nueva actualización de la directiva europea relativa a la eficiencia energética de los edificios (Directiva 2024/1275 del Parlamento Europeo y del Consejo sobre el rendimiento energético de los edificios) en la que se afirma que »el 40 % del consumo final de energía en la Unión y el 36% de las emisiones de gases de efecto invernadero relacionadas con la energía corresponden a los edificios, mientras que el 75% de los edificios de la Unión siguen sin ser eficientes desde el punto de vista energético».

Estos aspectos relacionados con las estrategias pasivas de la arquitectura, la eficiencia de la maquinaria o la incorporación de energías renovables quizás queden un poco lejos de los intereses de la ACE. Pero en esta misma directiva se amplían los objetivos de regulación ambiental de los proyectos hacia un análisis de todo el ciclo de vida del edificio (ACV). Por lo tanto, ahora sí, ahora toca de lleno a los intereses de la asociación. La presión sobre los estados miembros es grande, ya que les obliga a actualizar los objetivos de eficiencia de los edificios y generar una nueva normativa relativa a los impactos de los materiales para su construcción, todo esto antes del 29 de mayo de 2026. Por lo tanto, se espera que en breve se publique una actualización del CTE con un nuevo DB relativo a la sostenibilidad.

ACV, LA METODOLOGÍA

Desde mediados de los años 60, antes de la primera crisis del petróleo, se dispone de una metodología analítica y normalizada para poder medir los impactos ambientales de cualquier proceso, producto o servicio. Esta metodología está recogida en la ISO 14040 desde 1997, y se ejemplifica en la ISO 14044 con requisitos y directrices. En 2012 se aprobó la UNE-EN 15978, que específicamente define cómo desarrollar un ACV de los edificios. El Análisis del Ciclo de Vida (ACV), o LCA en inglés (Life Cycle Assessment), es una herramienta de gestión que sirve para evaluar el comportamiento ambiental de un producto o un servicio a lo largo de todo su ciclo de vida (cradle to grave o ‘del cuna a la tumba’, e incluso permite valorar el cierre del ciclo haciendo un ‘cradle to cradle’, de la cuna a la cuna).

Los primeros ACV se realizaron para productos de ‘poca magnitud’, no por eso menos importantes. Empresas como Coca-Cola ya analizaron en los años 70 algunos de sus productos y envases. Pero no fue hasta los años 90 que se realizaron los primeros estudios y análisis ambientales de edificios bajo esta metodología. Desde la perspectiva del edificio, una botella de refresco es un producto relativamente sencillo, formado por pocos componentes y materiales. El edificio es un producto mucho más complejo, donde intervienen muchos materiales con una durabilidad en uso también superior (fig. 1).

Por lo tanto, aunque suene redundante, desarrollar un Análisis de Ciclo de Vida del edificio implica analizar TODOS los procesos que forman parte de él. Simplificando mucho, vendría a ser:

• (A) la fase de fabricación de los materiales y de construcción del edificio
• (B) la fase de vida y uso del edificio
• (C) la fase de fin de vida con la demolición o deconstrucción
• (D) la fase de cierre de ciclo con el potencial de recuperación y reciclaje

Estas fases, resumidas aquí en 4 ‘titulares’, incluyen 17 subfases más que hay que evaluar. En la figura 2 vemos enumeradas estas subfases y su nomenclatura oficial. Si las leemos en detalle entenderemos la magnitud de la tragedia. Para hacerlo tendremos que disponer de todos estos datos y sumarlos para obtener el impacto final del edificio, o de la estructura en nuestro caso.

Actualmente, los principales indicadores de impacto de un edificio son las emisiones de CO2 y la energía, y pronto también será el consumo de agua, tanto en la fase de uso como en la fabricación y puesta en obra de los materiales. De hecho, los dos primeros indicadores en el fondo hacen referencia a los gases de efecto invernadero, y por tanto a la principal causa del cambio climático. Pero de gases de efecto invernadero hay más de uno, y los principales son:

• el dióxido de carbono (CO2),
• el metano (CH4),
• el óxido nitroso (N2O),
• el vapor de agua,
• el ozono,
• los halocarbonos: los hidrofluorocarbonos (HFC), los perfluorocarbonos (PFC), el hexafluoruro de azufre (SF6) y el trifluoruro de nitrógeno (NF3).

En este sentido, cuando escuchamos hablar de “CO2 equivalente” debemos entender que se incluye también la parte proporcional del resto de gases de efecto invernadero. Por tanto, no será la misma unidad de medida el CO2 que el CO2 equivalente (CO2e).
Pero pronto escucharemos hablar de más indicadores ambientales que también tienen afectaciones globales, territoriales o locales que consten en los protocolos del ACV y en las Ecoetiquetas tipo III de los productos de la construcción. En la figura 3, podemos ver los principales indicadores ambientales del ACV que poco a poco tendremos que ir incorporando a nuestro lenguaje.

1.700kg/m². COMO CALCULAR EL IMPACTE AMBIENTAL DE LA ESTRUCTURA

Para contabilizar el carbono embebido de una estructura de entrada, es necesario saber cuántos y qué materiales utilizamos para construirla. Por lo tanto, es fundamental conocer el peso de la estructura, ya que existe cierta relación, pero no es definitiva.
Seguramente es una pregunta que alguna vez nos hemos hecho. Richard Buckminster Fuller le hizo esta misma reflexión a Sir Norman Foster hace unos años, aunque probablemente no lo hacía con el objetivo que ahora nos ocupa. Entonces, ¿sabemos cuántos y qué materiales estamos utilizando para construir la estructura y la cimentación?
Como resultado de un estudio realizado por el iTeC, el COAC, el CATEB, el Instituto Cerdà y la UPC a principios de los 2000, se desprenden algunos datos interesantes que nos ayudan a saber cuántos y qué materiales utilizamos para construir los edificios, y sobre todo cómo se distribuyen estos por los subsistemas del edificio. El estudio está basado en la recopilación de más de 52 millones de m² de edificios construidos, con una representación del 50% de viviendas plurifamiliares, un 27% unifamiliares y el resto de usos diferentes como comercial, oficinas e industrial.
Como primer dato importante se desprende la cantidad media de materiales que utilizamos para construir los edificios, que son de 2.793 kg por metro cuadrado construido, donde más del 60% del peso responde a los subsistemas estructurales y de cimentación (1.700 kg/m2). 900 kg/m2 hacen referencia a la estructura, de los cuales más de 400 kg/m2 se deben a los granulados pétreos y 55 kg/m2 al cemento. Los cimientos representan 800 kg/m2, de los cuales más de 700 kg/m2 se deben a granulados pétreos y unos 70 kg/m2 al cemento. Del estudio también se desprende que el acero tiene poca representación en peso, tan solo 11 kg/m² en cimentación y 22 kg/m² en la estructura.
Una vez conocidas las cantidades aproximadas de los materiales, debemos saber los impactos ambientales por unidad de material según tres indicadores. En la figura 4 podemos ver los valores del impacto de los principales materiales que participan en la estructura. Por lo tanto, una manera sencilla de predimensionar el impacto ambiental de la estructura sería multiplicar los pesos por el impacto (A1-A3) de cada uno de los materiales.

Para hacer esto podemos ayudarnos de alguna hoja de cálculo sencilla con el estado de los materiales, y en lugar de poner el precio pondremos el valor de impacto del material o de la unidad de obra. Esto nos dará un orden de magnitud aproximado de cuál puede llegar a ser el impacto de nuestra estructura para las fases A1-A3.
Actualmente podemos disponer de otras herramientas más automatizadas que nos ayuden a estimar un valor de impacto orientativo y poder rediseñar el sistema estructural si así lo requiere. El iTeC dispone del TCQ-GMA y el banco BEDEC, que desde 2004 ha ido incorporando información ambiental de los materiales y las partidas de obra para las fases A1-A3 y A4-A5. También CYPE a nivel nacional dispone de una base de datos y un módulo ambiental, o OneClick y Tekla Structural Designer lo tienen a nivel europeo.
Ahora bien, si queremos completar el análisis de impacto a todo el ciclo de vida ya no tenemos muchas referencias y la metodología se complica. Tendremos que tener en cuenta aspectos como el transporte, el montaje, la durabilidad y el mantenimiento, así como la capacidad de desmontaje y reciclaje de cada una de las soluciones. De hecho, estos aspectos no solo dependen de la naturaleza del material ni de sus cantidades, sino de cómo lo coloquemos en la obra, qué diseño de soluciones hagamos o cómo serán las uniones entre los elementos constructivos. Por lo tanto, el impacto final de la estructura no dependerá solo de las cantidades, sino de las cualidades en el diseño y de su ejecución en obra.

VALORES DE REFERENCIA (PARA LAS ETAPAS A1-A5 DEL ACV)

En un edificio podemos diferenciar dos grandes fuentes de impacto. La primera y más conocida se produce durante su fase operativa, y se refiere a los impactos derivados del uso del edificio (habitualmente aquí hablamos de eficiencia energética, y ya hace unos años que se dispone de normativa que limita y recomienda). La segunda fuente de impacto responde a la materialidad del proyecto e incluye la fabricación de los materiales, las operaciones de construcción y desconstrucción del edificio (por tanto, la maquinaria y los medios auxiliares necesarios), así como las operaciones de mantenimiento y reposición.
Según los datos de los que se dispone a fecha de hoy, y teniendo en cuenta aún la ineficiencia de nuestros edificios, la proporción aproximada de impactos entre la fase de construcción y la fase de uso del edificio es de un 40% – 60% respectivamente (por 50 años de vida útil). Por lo tanto, si convertimos este balance en CO2 o CO2e, podríamos estar hablando de un “40% de carbono embebido” y de un “60% de carbono operativo”.
Del total de emisiones del edificio, el 30% se deben a la fabricación de los materiales, el 5% a la construcción del edificio, un 60% a su uso y un 5% a las operaciones de fin de vida. Y de hecho hoy en día sabemos que, del carbono embebido, entre el 40 y el 50% está relacionado con los materiales y elementos de la estructura y la cimentación.
Con los datos que disponemos a día de hoy, podemos estimar que los valores de referencia de las emisiones de CO2e asociadas a los materiales de todo un edificio se sitúan entre los 500 y los 1.000 kg de CO2e por m2 construido. En este sentido, parece que el estándar de referencia que se está consolidando para edificios de viviendas plurifamiliares podría estar alrededor de los 500-600 kg de CO2e por m2 construido (considerando las etapas A1-A5).
De hecho, debemos ser prudentes con el uso de estos datos y valores porque aún a día de hoy no se han publicado “valores oficiales de referencia” sobre los cuales podamos situar objetivamente el impacto de nuestros edificios. La mayoría de valores de referencia que se publican son fruto de investigaciones científicas de hace años, y los que nos dedicamos a contar CO2 aún no hemos llegado a un acuerdo al respecto.
Sin embargo, lo importante es definir cuáles serán los valores de impacto “oficiales” de los materiales y las partidas de obra, ya que en numerosas ocasiones estos valores difieren según la base de datos consultada. De hecho, no es tan extraño que sea así. Como sabemos, los valores de impacto de la fabricación de los materiales dependen de los procesos industriales del mixt energético que tenga cada país. Si lo comparamos con los precios (€) pasaría un poco lo mismo: el coste del proyecto dependerá del lugar donde construyamos y por tanto de la base de datos que utilicemos.
Aun así, estoy seguro de que en menos de 2 años veremos publicados valores de referencia y de obligado cumplimiento que nos permitirán clasificar el edificio de la misma manera que lo hacemos con los certificados energéticos (Figura 5).

Algunas entidades públicas y privadas están comenzando a sugerir valores límites de referencia de todo el edificio, que cada vez se utilizan más en la puntuación de las licitaciones de los proyectos. En la figura 6 se recogen algunos de estos valores publicados por el INCASÒL, el AMB o el IMHAB entre otros.

Si intentamos desgranar estos valores, aceptando como valor medio 620 kgCO2e/m² para las etapas A1-A5, podemos decir que la cimentación y la estructura, en el peor de los casos, serían responsables de entre 200 y 250 kgCO2e/m² de las emisiones embebidas. Como ya hemos dicho, todo esto dependerá del tipo de edificio, la altura, la geometría, la esbeltez, la compacidad, las luces máximas, etc. pero sobre todo dependerá del número de plantas subterráneas, que en algunos casos puede representar hasta el 20% del impacto.
Entrando en detalle, y siguiendo con edificios de viviendas plurifamiliares, los valores de repercusión de las cimentaciones pueden oscilar entre 50 y 70 kg CO2e/m2, mientras que los de la estructura estarían entre 80 y 110 kg CO2e/m². De esta última cifra, los elementos verticales (pilares, cajas de escaleras/ascensores) representan entre 6 y 10 kg CO2e/m², mientras que los elementos horizontales (techos) se sitúan entre 60 y 100 kg CO2e/m².
Por lo tanto, ahora comenzamos a tener algunos datos para saber Cuál es el nivel de impacto de las estructuras en los edificios y cuáles son los objetivos que hay que alcanzar a corto plazo (fig. 7).

ESTRATEGIAS PARA LA MINIMIZACIÓN DEL IMPACTO AMBIENTAL DE LA ESTRUCTURA

A día de hoy todavía nos faltan medidas claras y cuantificadas que muestren cómo podemos mejorar el comportamiento ambiental de la estructura a lo largo de todo su ciclo de vida. El reciente Código Estructural define algunos parámetros a tener en cuenta para mejorar su comportamiento ambiental, pero lo hace desde una valoración cualitativa y no establece valores de referencia cuantitativos.
En términos generales, las estrategias adecuadas serían:
● Optimizar el uso de los materiales en las estructuras.
● Elegir materiales de menor impacto ambiental (referenciados a bases de datos o Ecoetiquetas tipo III).
● Mejorar los procesos de ejecución para minimizar las emisiones y los residuos generados (menos operaciones en obra pueden conllevar menor cantidad de residuos y menores emisiones en las operaciones de montaje).
● Incrementar la durabilidad de la estructura (más allá de los 50 años).
● Establecer estrategias que faciliten las operaciones de desmontaje y recuperación de la estructura al final de su vida útil.
Pero si nos adentramos en un razonamiento más complejo y extendido en el tiempo, donde se considera todo el Ciclo de Vida del Edificio, podemos reformular algunos de estos aspectos. La idea que tenemos actualmente de optimización nos lleva a pensar muchas veces que cuanto menos pese la estructura mejor, ya que en las fases A1-A3 obtendremos mejores resultados ambientales, y es cierto. Pero aumentar la durabilidad depende en muchos casos del incremento de recubrimientos y de secciones o de aumentar la resistencia de los materiales utilizados. Disminuir el mantenimiento conlleva también tener que proteger. Facilitar la sustitución y/o desmontaje implica pensar en uniones de ensamblaje antes que, en uniones continuas o adheridas, y si además debemos tener en cuenta el potencial de recuperación de los elementos constructivos y los materiales, el análisis se complica.
Actualmente se plantean dos corrientes estratégicas a nivel de sostenibilidad de las e estructuras, a corto y largo plazo. Como ya se publicó en el número 79 de la revista de la asociación, la posición de IStructE (La Institución de Ingenieros Estructurales) de la mano de Natasha Watson es que optimizamos las estructuras para el uso actual y las reforzamos en caso de necesidades futuras.

Pero también existe la corriente ideológica que justamente propone lo contrario. Por ejemplo, el IMHAB publica en sus criterios de valoración de los concursos y licitaciones en el apartado de ‘Industrialización, sostenibilidad y circularidad’ que:
“… es necesario prever la durabilidad de cada uno de los componentes del edificio. Los más duraderos, como las estructuras, se diseñarán para poder ser ocupadas por otros usos en el futuro; mientras que los de vida más corta, como determinadas instalaciones y equipos, deberán prever su mantenimiento, sustitución y posterior reciclaje.”
En este caso, implica pensar los edificios con un diseño estructural para futuros usos, no solo en el objeto del encargo. Por lo tanto, si incrementamos la carga en servicio, quizás hagamos menos eficiente la estructura a corto plazo, pero más efectiva a largo plazo. A esto podríamos llamarle ‘adaptabilidad del sistema’. El edificio de la École Nationale Supérieure d’Architecture de Nantes, del estudio Lacaton & Vassal, o el edificio Gonsi Socrates de Viladecans de PichArchitects, interpretan la estructura como una infraestructura de soporte para futuros usos, sobredimensionándola si tenemos en cuenta el uso inicial del edificio. (fig. 8 y 9)

En el marco de la homogeneización europea LEVEL(s) (https://environment.ec.europa.eu/topics/circular-economy/levels_en) también encontramos propuestas en este sentido. Para aquellos que no conozcan qué es LEVEL(s), es un lenguaje común europeo para poder evaluar e informar sobre el rendimiento en sostenibilidad de los edificios, mediante un sistema apto para medir y apoyar mejoras desde el diseño inicial hasta el final de la vida del edificio. En esta metodología se contemplan aspectos de proyecto que afectan a toda la vida útil del edificio y a su circularidad. Pongamos algunos ejemplos: En el indicador 2.3. ‘Diseño con finalidades de adaptabilidad y reforma’, se sugieren estrategias con la finalidad de incrementar la adaptabilidad para nuevos usos del edificio afectando directamente a la concepción de la estructura (Figura 10), y de la misma manera valora decisiones concretas sobre la luz entre pilares, la altura interior libre de los pisos, la capacidad portante o no de la fachada y la capacidad de carga del proyecto de cara a un futuro (Figuras 11 a 15).

En el indicador 2.4. ‘Diseño para la desconstrucción’, se propone una serie de coeficientes para calcular el indicador de circularidad del edificio, puntuando de 1 a 0 las diferentes maneras de recuperar las partes del edificio y, por tanto, de la estructura (figura 16). En este caso se potencian las soluciones que permiten una reutilización casi completa de los componentes de un edificio y se penalizan aquellas que solo permiten recuperar el material en forma de energía.

Llegados a este punto, espero no haber despistado al lector en el objetivo del artículo, y haber dado una visión suficientemente transversal de algunas de las estrategias para descarbonizar la estructura. El camino es complejo, pero vamos guiados. Sin perder el objetivo final, es necesario adentrarse en todos aquellos matices importantes y decisivos de la consultoría estructural donde cada día más, será necesario calcular los valores de referencia y utilizarlos para mejorar el impacto ambiental de las estructuras.
Quizás aún no es el momento de dar respuesta a todas las fases del ciclo de vida de la estructura, pero sí que hay que tenerlas presentes y ser consciente de que algunas decisiones del diseño inicial pueden condicionar en gran medida los valores de impacto finales.