Boletín CF+S > 20 -- Vidas «tecnológicas». Ecos de Brasil... > http://habitat.aq.upm.es/boletin/n20/amvaz.html |
Edita: Instituto Juan de Herrera. Av. Juan de Herrera 4. 28040 MADRID. ESPAÑA. ISSN: 1578-097X
Mariano Vázquez Espí
Madrid, enero de 2001.[1]
Conforme los indicios del deterioro ecológico se hacen más evidentes, la evaluación del
impacto sobre el ambiente de las distintas actividades humanas se vuelve más insoslayable.
Aquí se analiza el relativo mérito de distintas formulaciones del coste físico de la
construcción: energía incorporada, coste exergético y coste material; también la estructura
del coste físico agregado, incluyendo la valoración relativa de sus términos más
significativos. Como ejemplos concretos, se evalúa la energía y la materia incorporada por
distintas funciones constructivas según el material empleado (tierra, acero, ladrillo,
hormigón). Finalmente, se extraen algunas conclusiones acerca de las características de una
futura construcción "sostenible".
The assessment of the impact on the environment of the diverse human activities becomes
more unavoidable as the signs of the ecological damage become more evident. Here, the
relative merit of several formulations for the physical cost of building (embodied energy,
exergy cost and matter cost of materials) is analysed; it is also analysed the structure of the
aggregate physical cost, including the relative evaluation of its more meaningful items. As
a way of concrete examples, the energy and matter embodied into different building functions
is evaluated depending to the material used (earth, steel, concrete, brick). Lastly, some
conclusions about the attributes of a future, "sustainable" building are taken out.
A fin de cuantificar el impacto negativo sobre el ambiente de las técnicas industriales, el
coste energético se ha popularizado como indicador. Se trata de un indicador cuyo principal
mérito es sintetizar en una única medida un conjunto muy diverso de impactos. Así, en el
actual contexto industrial con un consumo casi exclusivo de fuentes energéticas
contaminantes[2], para procesos comparables de fabricación de un producto, el coste
energético de cada uno es esencialmente proporcional a la contaminación mediante diversas
sustancias (óxidos de carbono, de azufre, etc). Del mismo modo, el coste energético se
considera también esencialmente proporcional al impacto sobre el territorio debido a
movimientos de materiales. Incluso el ruido, en tanto que disipación energética bruta, está
monótonamente relacionado con la cantidad de energía empleada [Estevan et alii, 1992]
[Estevan, 1998].
El coste energético como indicador es, por su naturaleza, bastante ambiguo, pues cada autor
suele contabilizar el coste de una serie de operaciones, escondidas e implícitas en el agregado
final de energía. En los últimos tiempos, los métodos propuestos para el denominado ACV
(Análisis del Ciclo de Vida), han sugerido la necesidad de adoptar un estándar de medida,
a fin de que a pesar de su ambigüedad, los distintos valores puedan ser comparados (aunque
sólo sea a efectos cualitativos). Sin embargo, estas medidas son inevitablemente contextuales:
el cambio en los procesos constructivos, la pérdida de eficiencia, la distancia a la cual los
materiales son transportados, introducen variaciones en los costes energéticos agregados,
variaciones cuya intensidad e importancia son siempre inciertas. Además, el ACV utiliza la
agregación de costes desde "la cuna hasta la tumba" (costes de extracción, fabricación,
producción y transporte de los elementos, coste de mantenimiento durante la vida útil y coste
de abatimiento de los residuos hasta un estado "inerte", no contaminante), olvidando que la
renovación de los procesos exigiría estudiar la contabilidad asimétrica, "desde la tumba hasta
la cuna", analizando el coste de reposición a un estado en que los residuos vuelven a ser
útiles en algún punto del proceso anterior. Sólo entonces podría hablarse con propiedad del
coste asociado al diseño de procesos industriales renacientes, en el mismo sentido en que se
emplea la añeja expresión bienes renacientes [Naredo y Valero, 1999].
Para solventar los anteriores problemas, se cuenta todavía con la teoría general de la
termoeconomía, en la que las medidas de energía útil o exergía se refieren a estados de
desequilibrio termodinámico que pueden ser definidos inequívocamente, y respecto a los
cuales puede calcularse el coste exergético mínimo (ligado al máximo rendimiento
termodinámico de los procesos). Estas medidas tienen la ventaja de resultar menos sensibles
al contexto temporal dado. Como desventaja presentan el hecho de ser valores teóricos,
inalcanzables en la práctica. Para acercarlos a valores más plausibles en el mundo real, hay
que operar en términos de rendimientos reales, como por otra parte se viene haciendo en
multitud de disciplinas de la industria para poder operar con la potencia teórica necesaria
para los procesos, ajustando a valores de potencia real sólo al final de los cálculos, a la vista
de los rendimientos medidos empíricamente. Puesto que el rendimiento es una fracción entre
cero y la unidad, este enfoque está menos sujeto a errores de bulto que la contabilidad
agregada de costes energéticos absolutos. Además, el coste exergético tiene otra ventaja
importante: permite comparar el coste de los procesos en una situación que, aunque teórica,
está bien definida y que corresponde además con el mínimo impacto sobre el ambiente:
aquélla en la que todos los rendimientos son máximos[3].
Desafortunadamente, frente a este panorama teórico bastante razonable, lo que se está
popularizando en las revistas del sector de la construcción es la aparición de productos en
sí mismos "ecológicos", cuyas propiedades "verdes" prometen la disminución de los impactos
sobre el ambiente a la vez que aumentan la satisfacción de los usuarios, sin requerir para ello
el más pequeño cambio ni en los usos y costumbres del sector, ni en la forma urbana y
edilicia, ni tan siquiera la consideración integradora de los distintos productos "verdes" en
el proyecto global de la obra. Algunas de las propiedades "verdes" recaban para sí un
carácter mágico, tal ocurre con la "reciclabilidad", sinónimo y paradigma de "verde" y
"ecológico", en la que se ignora que el coste energético del reciclado de materiales
concretos, con nuestras actuales fuentes energéticas, puede llegar a ser tan elevado que
resulte desaconsejable su uso (tal es el caso bastante obvio de los residuos de la fisión nuclear
y el, no tan obvio, del cloruro de vinilo). La imagen popular que puede finalmente formarse
es que bastará con cambiar de materiales para alcanzar formas sostenibles de construir,
desatendiendo todos los demás aspectos de un proceso endiabladamente complejo.
El propósito de este trabajo es ilustrar a grandes rasgos la estructura general de los impactos
sobre el ambiente asociados a la construcción, desentrañando las variables más significativas
sobre las que prioritariamente debería incidirse, si lo que se desea es reducir
significativamente tales impactos en la línea marcada por las cumbres de Rio, Kioto, etc, o
por el Quinto Programa de la Unión Europea, por poner unos pocos ejemplos políticamente
correctos.
A fin de descender a lo concreto, analizaré un material sencillo y tradicional, la tierra, puesto
en comparación con otros materiales típicos como el acero o el ladrillo. La multitud de
fuentes de información necesarias para la estimación del coste exergético exceden con mucho
los propósitos ilustrativos de este trabajo. Aquí me contentaré con realizar un análisis
cualitativo de los aspectos más significativos de la estructura del coste energético, utilizando
la validación indirecta de los datos aportados por otros autores, a fin de llegar a conclusiones
cualitativas significativas acerca de la idoneidad y plausibilidad del uso de la tierra como
material de construcción de nuevas edificaciones en comparación con otro materiales. El
ejercicio de cálculo, de todas formas, espero que sirva para entender mejor qué puede
esperarse de indicadores que, como la energía incorporada, van poco a poco popularizándose.
Resulta conveniente distinguir dos componentes fundamentales en la forma construida: la
naturaleza física de la materia empleada y la geometría adoptada por esta última (así ocurre
en otras disciplinas, el diseño de estructuras por ejemplo [Vázquez, 1997:42]). El coste
energético de fabricación dependerá esencialmente de la cantidad de material utilizado y de
su naturaleza (intensidad energética), así como de la durabilidad general de la construcción.
Por el contrario, el coste energético de mantenimiento, a igualdad de cantidad y naturaleza
de los materiales, dependerá significativamente de la geometría particular con que se empleen
y de la eficiencia general de sus sistemas energéticos (cuya mejora, con técnicas industriales
típicas, podría incluso requerir materiales con mayor intensidad energética). En lo que se
refiere al coste energético, interesa desde el principio evaluar los términos más significativos
de su estructura agregada, en lo que se refiere a esas cuatro variables sintéticas: durabilidad,
materiales, geometría y eficiencia[4].
Respecto a los flujos energéticos asociados al funcionamiento de las construcciones destinadas
a vivienda, puede afirmarse que en general la influencia de la naturaleza material es un orden
de magnitud menor que la influencia de su geometría. Para fijar ideas, un edificio de
viviendas típico en la Europa de los años 70 requiere para su construcción del orden de
1.000kWh/m2 y con los sistemas típicos de la década requerirá para su mantenimiento como
edificio en uso del orden de 200kWh/m2 o más a lo largo de un año [Vale & Vale, 1991].
Dependiendo de la vida útil del edificio, el porcentaje entre la energía de construcción y la
de mantenimiento varía como sigue: para 50 años, la energía de fabricación supone un 9%
del total, mientras que para 100 años la proporción se reduce al 5%: para ahorrar energía
en nuevas construcciones de vivienda debe prestarse atención prioritaria a la geometría,
de la que dependerá la energía gastada en el mantenimiento. Veamos algunos ejemplos:
|
Aunque el modelo lineal, empleado en el ejemplo, para relacionar coste de fabricación con
eficiencia y, por tanto, con el coste de mantenimiento es necesariamente falso[5], permite al
menos dar una idea grosera de la tendencia principal: lo fundamental para encaminarse hacia
la disminución del coste energético es la disminución de los costes de mantenimiento. Y
aunque para ello lo mejor es operar sobre la geometría de la construcción, puede merecer
la pena invertir simultáneamente en energía de fabricación a condición de que esté ligada a
disminuciones proporcionales de la energía de mantenimiento (a través de un proporcional
aumento en la eficiencia). Nótese la comparación entre los ejemplos 4b y 4c: incluso cuando
el gasto total de energía se ha reducido desde el diseño inicial al 32%, una disminución a la
mitad de la energía de fabricación significa tan sólo una reducción marginal del consumo
total, un 5% adicional medido sobre la situación de partida.
Respecto a edificios de oficinas típicos, el coste de fabricación se estima por los mismos
autores citados en 5.000kWh/m2, permaneciendo esencialmente igual el coste de
mantenimiento. Con estos datos, para una vida útil de 50 años, el coste de fabricación puede
suponer un 33% del coste total, mientras que ese porcentaje se reduce al 20% en el caso de
100 años de vida útil. Repitamos los ejemplos anteriores:
|
La conclusión principal respecto a edificios de vivienda se mantiene para los de oficinas: lo
primero que debe perseguirse es la disminución del coste de mantenimiento, comenzando por
mejorar el diseño (caso 3a) y la durabilidad (3b). Sin embargo, ahora, es necesario aumentar
la eficiencia sin aumentar los costos de fabricación o bien aumentando a la vez la durabilidad
(caso 2b): de lo contrario, los cambios podrían no representar ventaja neta (2a). En cualquier
caso, la sola disminución de los costes de fabricación (a igualdad de todo lo demás) no
conduce a una reducción sustancial del consumo total (5a).
Aunque desde luego la casuística es compleja, a falta de mejor información, puede
proponerse una regla de partida para el diseñador: comience por mejorar la geometría del
edificio (arquitectura bioclimática), busque después aumentar su durabilidad, por último
busque aumentar su eficiencia energética sin aumentar su coste de fabricación o bien
disminuya sus costes de fabricación sin disminuir su eficiencia. La última parte de la regla
no opera en edificios de vivienda (o en edificios con costes de fabricación típicamente bajos).
Como conclusión de este análisis cualitativo debe quedar clara la importancia fundamental
que el diseño bioclimático del edificio tiene para el ahorro energético, y de ahí la importancia
de cualquier técnica constructiva que facilite ese diseño, entre las que se encuentra las
fábricas de tierra en cualquiera de sus formas. Se puede anticipar que la importancia o la
ventaja de la tierra como material de construcción se deriva de forma secundaria, además de
lo anterior, de las posibilidades que ofrece para la mejora de la eficiencia energética sin
aumento parejo del coste de fabricación. Por lo mismo, el uso de los "nuevos" materiales
"verdes" que están apareciendo puede ser como "matar moscas a cañonazos": muchos de
ellos requieren altas energías de fabricación y lo más que pueden ofrecer es aumentos en la
eficiencia, y como se vió más arriba éste no es el camino más directo hacia la disminución
de los impactos sobre el ambiente. Además, esta mejora en la eficiencia de los sistemas
energéticos, obtenida sin el menor esfuerzo en el diseño geométrico, no ayudará mucho a que
el diseño bioclimático se generalice, objetivo que sería en definitiva el más urgente.
En todo caso, la disparidad de datos existentes sobre el particular puede apreciarse mediante
los consumos de energía durante la vida del edificio indicados por distintos autores,
reflejados en las tablas 1 y 2, a los que cabe añadir los 108 kWh/m2 alcanzados por recientes
ejemplos de edificios diseñados con la vista puesta en su eficiencia energética
[Edwards, 1999]. Norgard [Norgard, 1993] estima el consumo neto de calor en 210
kWh/m2 para viviendas europeas de tipo "medio" construidas en 1975, 125 kWh/m2 en 1990,
y sugiere la posibilidad de reducirlo a 15 kWh/m2 en el futuro. La discordancia también
afecta a la energía necesaria para la fabricación, véase la tabla 3. Como se ve, los datos
nominales utilizados en los argumentos de más arriba al menos representan bien los ordenes
de magnitud, a pesar de la disparidad.
Impacto |
Consumo de
combustible anual kWh/m2 |
1 | <172 |
2 | 194 |
3 | 243 |
4 | 304 |
5 | 388 |
6 | 469 |
Tipo de vivienda | Energía | |
Calefacción | Total | |
Aislada | 175 | 275 |
Pareada | 150 | 250 |
Ático | 130 | 230 |
Adosada | 100 | 200 |
Piso | 60 | 160 |
Tipo de edificio | Energía de fabricación (kWh/m2) | Referencia |
Vivienda | 464 | Daumal & García, 1978 |
Residencia de estudiantes | 2.222 | Edwards, 1999 |
Aunque no existe un método estándar para el cálculo de la energía incorporada en los
materiales de construcción, sí existe una definición generalmente aceptada: la energía
incorporada de un material incluye toda la que se necesitó en los distintos procesos necesarios
para llevar el material a su lugar en el edificio: desde la extracción de las materias primas,
hasta su manufactura y erección; debe incluir la energía asociada al transporte (y a la parte
proporcional de la infraestructura necesaria para que éste sea posible), así como la parte
proporcional de los equipos y maquinaria necesarios para todos esos procesos [Woolley et
alii, 1997:7]. En la tabla 4 se han recogido datos aportados por distintos autores, y en la que
se pueden observar tanto disparidades como desenfoques notables. A pesar de ello, son más
las coincidencias que las diferencias[6].
Material |
Referencias (año) | |||||||
1 (1997) | 2 (1982) | 3 (1978) (b) | 4 (1995) | 5 (1998) | 6 (1979) (c) | 7 (2000) (e) | 8 (1990) | |
Acero | 8,06 | 10 | 7,67 | 7-13 | 7-11 | 13 | 11 | 14 (g) |
Acero reciclado | 2,5-4,17 | 2,5-3,3 | 4,7 | |||||
Acero inoxidable | 3,06 | 15 | ||||||
Aislantes térmicos plásticos | 1.125 kWh/m3 | |||||||
Aluminio | 27,0 | 42-61 | 42-67 | 73 | 44-60 | 81 (g) | ||
Aluminio en chapa | 58 | 56 | 65 | |||||
Aluminio reciclado | 3,89 | 2,8-4,2 | 3-11 | 13-29 | ||||
Áridos | 0,01 | 0,02 | 0,04 | |||||
Asfalto (tela) | 3 | 12 | ||||||
Cal | 1,5 | |||||||
Cemento | 2,2 | 1,8 | 2,4 | 2 | ||||
Cinc | 15 | |||||||
Cobre (chapa) | 19,4 | 16 | 19-47 | 20-24 | 22 | 25 | ||
Cobre reciclado | 3-22 | 11-14 | ||||||
Fibra de celulosa | 133 kWh/m3 | |||||||
Hormigón | 0,28 | 0,2 | 0,5 | 0,2 | 0,3 | 0,7 | ||
Hormigón ligero | 0,5 | |||||||
Ladrillo cerámico | 0,86 | 1,2 | 0,7-1,69 | 0,09 | 1,25 | |||
Ladrillo silicocalcáreo | 0,4 | 0,5 | ||||||
Ladrillo de tierra compactada (d) | 0,02 | 0,13-0,4 | ||||||
Lana ovina (a) | 30,6 kWh/m3 | |||||||
Lana mineral | 231 kWh/m3 | 3,9 | ||||||
Madera | 0,1 | 1,25 | ||||||
Mampostería en seco | 1,4 | |||||||
Plástico | 45 | 10 | 2,73 | 22-61 | 2,65 | 20-40 | 21-23 | |
Plástico reciclado | 14-44 | |||||||
Papel | 6,51 | |||||||
Plomo | 52,8 | 14 | 14 | |||||
Plomo reciclado | 2,78 | |||||||
poli-carbonatos | 30 | |||||||
poli-propilenos | 20 | |||||||
poli-uretanos | 33,3 | |||||||
Porcelana | 6,1 | 7,5 | ||||||
PVC | 20,7 | |||||||
Resinas termo-estables | 24 | |||||||
Teja cerámica plana | 4,4 | |||||||
Titanio | 154 | |||||||
Vidrio | 9,19 | 6,0 | 3,6-7 | 3,3-8,3 | 7,4 | 5,3 | 22,5 (f) | |
Vidrio celular | 4,69 | |||||||
Vidrio reciclado | 2,8-5,6 | 2,8 |
Puesto que la energía incorporada debe contabilizar la energía destinada al transporte de los
diferentes materiales involucrados, puede resultar cuando menos chocante que los datos de
energía incorporada no hagan referencia al ámbito y extensión del territorio de la economía
productiva que se intenta representar. La propia definición puede parecer desafortunada al
mezclar la energía de fabricación con la del transporte, pues aunque los procesos de
fabricación puedan ser comparables en distintos lugares, las distancias de transporte no suelen
serlo, y en consecuencia podría ser preferible diferenciar entre la energía incorporada in situ
(un referente teórico en el que todos los procesos ocurren en el mismo lugar) y la energía
de transporte en un contexto territorial y geográfico determinado.
En el caso español se cuenta desde 1992 con una estimación muy fiable del coste energético
específico mínimo del transporte de mercancías [Estevan et alii, 1992]. Como valores
medios de referencia pueden tomarse 0,46 Wh/kg/km en transporte por carretera y 0,43
Wh/kg/km por ferrocarril de ancho español (por vía estrecha es menos costoso, en la nueva
vía de ancho europeo y alta velocidad sería muy superior), valores en los que están incluidos
tanto los consumos directos en la etapa de tracción como los consumos indirectos por
fabricación de móviles e infraestructuras, así como toda otra suerte de operaciones que son
necesarias para que la producción de transporte tenga lugar (mantenimiento, reparaciones,
etc). Así, el acero en la península, con viajes medios de 500km para el producto final
(perfiles), requiere sólo en transporte 0,22 kWh/kg, es decir, apenas un 2% de la energía
incorporada (véase la tabla 4, columna 7). Si las materias primas se procesan cerca del lugar
de extracción, su transporte representa un coste insignificante, incluso si las leyes de los
yacimientos son bajas. Incluso en casos extremos, la energía del transporte no parece que
pueda superar nunca a la energía de transformación in situ. Así, por poner un ejemplo
extremo, un yacimiento de hierro en hematíes, con una ley del 10%, a 500km de la industria
de transformación supondría un coste energético de transporte para la materia prima de sólo
2,2 kWh/kg de producto final, un 20% del imputado. Quizás esto explique la ausencia de
especificaciones detalladas del escenario de transporte considerado en el cálculo de la energía
incorporada.
Sin embargo, en cuanto la intensidad energética de un material disminuye o el tamaño del
territorio mercantil se acrecienta, la fracción de la energía consumida por el simple transporte
crece inevitablemente. Así, para todos aquellos materiales que en la tabla 4 aparecen con
energías incorporadas menores que 1 kWh/kg, debe comprobarse siempre que la energía
debida al transporte no descuadre las cuentas. Esta simple regla se ha aplicado en el cálculo
de los datos que figuran en la columna 7 de la citada tabla. Si se piensa en un territorio más
amplio, como la Unión Europea, las distancias medias aumentan significativaente: en el
yacimiento de hierro anterior nos encontraríamos con 2.000km, y un coste de transporte del
80% del total imputado. En consecuencia, para el acero, deberíamos adoptar una energía
incorporada de 20 kWh/kg, en vez de los 11 kWh/kg originales. En consecuencia, el
escenario de una futura construcción sostenible tendrá como uno de sus ingredientes el
carácter local de los materiales empleados.
El interés de la construcción con tierra reside en la naturaleza polifacética del material
(propiedades térmicas y mecánicas apreciables), y en la posibilidad de fabricarlo sin consumo
de energía contaminante, debido al hecho de que en todas las fases de fabricación del adobe
o tapial tradicionales es posible utilizar fuentes limpias de energía, al no ser necesario en
ninguna fase del proceso el recurso a procedimientos que exijan altas temperaturas ni
requerirse materiales de mayor pureza que la que presentan en los yacimientos. Es ésta la
diferencia sustancial con el ladrillo cerámico común.
La característica anterior es, desafortunadamente, la desventaja principal que encuentra la
reutilización de técnicas constructivas bien conocidas, dado que el contexto monetario de los
países industriales penaliza fuertemente en costes monetarios toda técnica que no recurra al
uso de energía contaminante y que, por tanto, no aproveche la ventaja competitiva que
suponen los bajos precios de dicha energía[7] (precios que, conviene recordar, no guardan
proporción con el coste energético o con el impacto sobre el ambiente, [Naredo y
Valero, 1999]).
El bloque de tierra compactado mecánicamente, estabilizado con aportaciones modestas de
cemento portland, aparece así como una solución de compromiso entre las técnicas limpias
tradicionales y las contaminantes del ladrillo cerámico habitual. Al hacer cierto uso de
fuentes energéticas contaminantes, el bloque de tierra permite aprovechar ventajas
competitivas monetarias a la vez que se mejoran las propiedades físicas del adobe y tapial
tradicionales, con costes energéticos todavía menores por unidad de producto que otras
técnicas habituales comparables. Esta técnica parece pues idónea para una época de transición
en la que sin duda los hábitos y costumbres de la industria de la construcción habrían de
sufrir drásticos cambios. Es ésta la técnica particular que están estudiando Maldonado y sus
colegas [Maldonado et alii, 1999] dentro del Programa Nacional de I+D en Medioambiente,
de quienes he obtenido mucha de la información para este trabajo[8].
A fin de estimar la energía incorporada en bloques de tierra producidos en un escenario
industrial, supondré siempre que sea necesario valores razonables de distintas magnitudes
físicas (utilizando para ello técnicas industriales afines) y energías incorporadas por
materiales comparables a los empleados. Dentro de eso, mantendré algunas características
de las técnicas tradicionales, en particular el uso de materias primas locales, lo que es
técnicamente factible y ambientalmente deseable. En todo caso las magnitudes utilizadas
deben considerarse siempre nominales (a pesar del origen experimental o empírico de algunos
de los datos, [Maldonado et alii, 1999][Casanova, 2000]), pues el objetivo es siempre
determinar el orden de magnitud de la energía incorporada, dado que se trata de una
magnitud que no puede ser «objetivamente» medida. Aquí resulta de la mayor importancia
entender que la energía incorporada es una propiedad emergente, lo que añade dificultades
inexistentes en la medida de propiedades objetivas («del objeto») tal y como pesos o
volúmenes. Pero esto no le resta ni un ápice de «cientifidad» [Valero, 2000:72-73].
Extracción de áridos. Debido a las operaciones de cribado, es necesario extraer del orden
de 1,33 kg de áridos por kg de árido realmente incorporado al producto.
Adición de cemento. Se utilizará el valor 14% en peso de producto final, debido a que fue
el realmente utilizado en los experimentos y que, además, representa un límite superior de
la cantidad realmente necesaria. Esta cantidad debe determinarse en cada ocasión según la
naturaleza de la tierra utilizada. Existe una amplia información empírica acerca de la
posibilidad de estabilizar una amplísima variedad de suelos con porcentajes de cemento (u
otros estabilizantes) entre un 5 y un 15% en peso, obteniéndose propiedades mecánicas
comparables (véase, por ejemplo, [Guinea, 1986]).
Coste de mezcla y compactación. Como referencia estándar, se ha utilizado la patente Earth
Press IV de Adobe International Inc., empresa radicada en Nuevo México, capaz de fabricar
como media 2.300 kg de bloque por hora, y como máximo 4.600 kg/h, con una potencia
nominal de 18kW. Para la estimación de consumos se ha tenido a la vista información sobre
rendimientos y costes de mantenimiento de motores Diesel similares, de Cartepillar Inc.,
estableciéndose una proporción entre consumo de combustible estándar y potencia a plena
carga de 2,24. Con todo ello, se ha estimado el coste de fabricación en 10 Wh/kg de
producto. Se ha incluido aquí la energía incorporada en la propia máquina, considerando una
vida útil de 10 años, así como imputaciones por mantenimiento y consumo de aceites.
Energía incorporada total. El contenido de materiales del bloque acabado se resume en:
Esta estimación debe ser considerada un límite superior fácilmente mejorable a la vista de
la fuerte imputación en transporte. La mayor partida depende del contenido de cemento,
único material que requiere altas temperatura y pureza durante su fabricación. Un límite
inferior puede obtenerse con facilidad: si la energía específica de la tierra cribada se reduce
a 0,02 kWh/kg, la cantidad de cemento se limita al 5% y se suprime la imputación por
transporte, la energía incorporada se reduce a 0,13 kWh/kg.
Ambos límites definen una horquilla razonable para el bloque producido industrialmente,
entre 0,13 y 0,4 kWh/kg, que resulta superior a la estimación de otros autores, pero que
cuadra razonablemente bien con los datos disponibles para el ladrillo silicocalcáreo,
comparable al bloque de tierra por no requerir ninguna fase a altas temperaturas, salvo la
ligada a la fabricación del cemento. La energía incorporada puede fácilmente reducirse algo
por debajo del límite inferior de la horquilla, sin más que utilizar máquinas accionadas
manualmente o, en general, por fuentes energéticas limpias. Sin embargo, la utilización de
cemento permite vislumbrar un límite teórico a las reducciones alcanzables, que puede fijarse
en torno a 0,1 kWh/kg.
La energía incorporada en los materiales no permite todavía hacer comparaciones útiles al
diseñador. En efecto, para cada función particular, la cantidad de material es muy distinta
según sea el elegido, en justa correspondencia con las muy diversas propiedades físicas de
cada uno. Para proceder a una elección sensata es necesario no sólo considerar el material,
también debe tenerse presente la función que se espera que cumpla y la geometría del diseño
elegido. Seguidamente se analizan algunas funciones típicas que el bloque de tierra puede
satisfacer, realizándose comparaciones con las soluciones comunes para otros materiales
habituales.
La resistencia a compresión es un fenómeno que resulta ser fuertemente no lineal si se intenta
resolver en estructuras de distinto tamaño mediante formas estructurales de idénticas
proporciones. La no linealidad puede eliminarse para piezas muy poco esbeltas y pequeñas.
En tal caso puede calcularse el coste estructural específico como la razón entre la energía
incorporada en la estructura y el volumen estructural necesario, definido como el producto
de la fuerza que hay transmitir por la distancia [cf. Vázquez, 1995:62]. Ese coste sería el
mínimo teórico alcanzable. Su cálculo es muy directo: pxe/f, en donde p es el peso
específico, e es la energía incorporada específica y f es la tensión que con seguridad resiste
el material.
En el diseño real de estructuras, la no linealidad puede reducirse hasta prácticamente
desaparecer si se dan dos condiciones: a) tamaños pequeños de las estructuras, para los que
el peso propio estructural sea marginal respecto a la carga útil y b) uso de formas óptimas
con la mayor inercia posible a igualdad de volumen de material. En lo que sigue se razonará
casi al lado de esa situación límite, con soluciones habituales en acero, hormigón y bloques
de tierra compactada. El escenario utilizado será un módulo típico de vivienda de 6,50 kN/m2
de carga gravitatoria, de 25m2 de dimensiones en planta y de cuatro plantas de 3m de altura.
El volumen estructural teórico es en este caso de 4.875 mkN. En el cálculo de la cantidad
de material necesario se ha tenido en cuenta las dimensiones mínimas constructivas y/o
estructurales cuando puedan influir. También el peso propio del soporte cuando no sea
marginal como acción mecánica. Para la energía incorporada específica se han adoptado los
valores medios de la columna 7 de la tabla 4. Los resultados se muestran en la tabla 5.
Se analiza tanto el coste teórico como el coste real en un edificio de 4 plantas y luces de 5
m, con cargas típicas de vivienda.
Acero en tubos | Hormigón / acero | Bloque de tierra | |
Tensión segura (MN/m2) | 180 | 7,08 / 277 | 1,2 |
Peso específico (kN/m3) | 78,5 | 24 / 78,5 | 18 |
Energía incorporada específica (kWh/kg) | 11 | 0,7 / 11 | 0,27 |
Coste estructural específico teórico (kWh/mkN) | 0,48 | 0,24 / 0,39 | 0,41 |
Energía incorporada por plantas y total (kWh) | |||
4. | 364 | 480 | 249 |
3. | 599 | 480 | 440 |
2. | 833 | 480 | 693 |
1. | 1.069 | 619 | 884 |
Total | 2.865 | 2.059 | 2.266 |
Coste estructural específico (kWh/mkN) | 0,59 | 0,42 | 0,46 |
Los resultados cuadran bien respecto a los fenómenos reales que pueden observarse en la
economía de Nuevo México en USA: allí el bloque de tierra se populariza para
construcciones de una o dos plantas. Y a la vista de la tabla 5, puede conjeturarse que las
razones no se deben sólo al excelente comportamiento térmico del material: para esos
tamaños tampoco tiene competencia en la comprensión.
Respecto a estos resultados deben hacerse algunas observaciones:
Si el comportamiento mecánico de un edificio es un fenómeno esencialmente simple y lineal
(como acabamos de ver), su comportamiento térmico frente a un clima intrínsecamente
variable resulta de una complejidad abrumadora. Debido a ello, la caracterización del coste
energético del acondicionamiento térmico, en línea con el realizado para el comportamiento
mecánico, excede el alcance de estas páginas.
En todo caso, existen unos pocos índices sencillos que pueden calcularse con facilidad, y que
pueden ofrecer alguna pista de comparación, aunque estén lejos de dar una idea clara y
concluyente sobre el fenómeno global. En primer lugar, la resistencia térmica de los
cerramientos se reconoce como una propiedad deseable para evitar pérdidas o ganancias no
deseadas desde el exterior de la edificación. Pero la resistencia térmica solo disminuye las
aportaciones energéticas sin lograr eliminarlas. Para conseguir eliminar las aportaciones
energéticas en climas o en épocas benignos se requiere acumular energía a fin de desfasar
la onda térmica para acoplarla a las necesidades, a la vez que se disminuye su amplitud. Y
aquí reside la parte más compleja del comportamiento térmico de las construcciones. La
capacidad térmica determina la máxima cantidad de energía que puede acumularse a lo largo
del tiempo de desfase[9].
El problema de diseño térmico es, fundamentalmente, un problema de optimación vectorial
en el que hay que buscar una solución de compromiso entre dos magnitudes, resistencia y
capacidad, que los materiales no poseen simultáneamente. En la tabla 6 se han calculado los
costes energéticos correspondientes a las dos soluciones extremas al problema (que desde
luego siempre son soluciones mejorables). De una parte se ha calculado el coste energético
del aislamiento (para una resistencia térmica del elemento superficial de 1 m2K/W), y por
la otra el coste de la capacidad térmica superficial (para una capacidad de 1kJ/m2K). Se han
analizado tres materiales "condensadores", bloque de tierra y ladrillo macizo y hueco, y un
típico material aislante, poliestireno expandido. Los datos necesarios se han obtenido de los
resultados experimentales de Maldonado y colegas [Maldonado et alii, 1999] si estaban
disponibles, y de la norma NBE-CT-79 y de García [García, 1983] en otro caso.
Bloque de tierra | Ladrillo macizo | Ladrillo hueco | Poliestireno | |
Energía incorporada (kWh/kg) | 0,27 | 1,25 | 1,25 | 1.125 kWh/m3 |
Conductividad (W/mK) | 0,8 | 0,87 | 0,49 | 0,034 |
Densidad (kg/m3) | 1.800 | 1.800 | 1.200 | 20 |
Calor específico (kJ/kgK) | 0,65 | 0,84 | 0,84 | 1,6 |
Coste energético del aislamiento
térmico (kWh/m2)/(m2K/W) |
389 | 1.958 | 735 | 38 |
Coste energético de la capacidad térmica (kWh/m2)/(kJ/m2K) | 0,42 | 1,49 | 1,49 | 35 |
Todos estos resultados sugieren que la fábrica de bloque de tierra compactada debe ser
considerada como una alternativa, digna de nuestra atención, a las fábricas ahora habituales
de materiales cerámicos, más intensivos en su consumo energético. En todo caso, tampoco
cabe decir que el bloque de tierra sea "verde" y el ladrillo cerámico no: consideraciones
detalladas (durabilidad, acabados, etc) en cada caso concreto ayudarán al diseñador a
decidirse.
Aunque sobre la energía recae con intensidad la preocupación ambiental, no debe olvidarse
que los límites materiales del planeta son mucho más estrictos que los energéticos. En el
futuro, la escasez de recursos para todos los procesos liderados por la termodinámica química
(entropía de mezcla, reacción, etc.) pueden aflorar con mucha más fuerza que la que han
manifestado hasta ahora los límites energéticos, "habida cuenta de los stocks limitados [de
recursos materiales] contenidos en la Tierra, frente al flujo continuado [de energía] que nos
envía diariamente el Sol, a lo que se añade además el hecho de resultar más fácil convertir
materiales en energía que energía en materiales" [Naredo y Valero, 1999:19].
Magnitudes como la energía incorporada, son buenos indicadores de impacto porque, bajo
la convención de medir tan sólo energía contaminante, contabilizan combustibles materiales
convertidos en energía de una u otra forma. Pero si lo que se quiere medir es la cantidad de
materiales incorporados, hay que añadir muchos otros a los propios combustibles. En la
construcción, los propios materiales que se dejan en obra, más todas las gangas que desde
la primera extracción van siendo dejadas por el camino, más todas las sustancias reactivas
o no que son empleadas para la fabricación del producto final sin incorporarlas en él, etc.
Actualmente, la extracción de rocas y minerales de la corteza terrestre realizada por nuestra
especie triplica la producción derivada de la fotosíntesis [Naredo y Valero, 1999:139]. No
es de extrañar por tanto que algunas personas en vanguardia se hayan adelantado, a veces por
pura intuición, a lo que serán preocupaciones futuras para la mayoría. Paradójicamente, una
crítica que ha recibido en ocasiones la construcción con tierra es que, precisamente, su
adopción requeriría movilizar tal cantidad de materiales que el impacto resultante sería peor
que el problema que se intenta resolver [Luxán, 2000:53].
El cálculo de lo que podríamos denominar materia incorporada es enormemente complicado
y además no se cuenta en general con datos fehacientes, al contrario que en el caso de la
energía. Sin embargo es posible hacer unas mínimas cuentas por defecto, partiendo de la
energía incorporada y de las leyes habituales en los yacimientos minerales más comunes. La
regla básica de cálculo es como sigue: para cada función constructiva se parte de la cantidad
de material final necesario y de su energía incorporada. La primera se convierte en un
agregado material suponiendo un valor para la ley media del yacimiento de la sustancia
principal, que permite pasar de la sustancia útil a la mena que es necesario extraer, cantidad
que es necesario todavía multiplicar por un factor de "estériles", es decir, aquellos materiales
que es necesario remover para acceder a la mena en cuestión. Ignoraré los múltiples
yacimientos de materiales a los que hay que acudir antes de obtener el producto final, lo que
requeriría simplemente una contabilidad muchísimo más amplia y complicada). La energía
incorporada se interpreta como energía primaria [Barracó et alii, 1999:43]) y se transforma
en recurso material primario mediante una regla simple: 1kWh. en tanto energía incorporada
equivaldrá a 80 g. de petróleo, lo que a su vez requiere extraer 100g. de material en el
yacimiento[10]. Los distintos materiales así obtenidos se agregan en una cantidad total (sin
tener en cuenta que se trata de materiales de muy distinta naturaleza, véase más adelante).
En la tabla 7 doy los factores que permiten pasar de la sustancia útil empleada (hierro,
arcilla, tierra) a la cantidad total de material removido (la propia sustancia, la ganga de la
mena, y los estériles, véase el amplio estudio de Naredo y Valero [Naredo y Valero, 1999]),
es decir, el coste material específico de la materia del producto final.
Material útil | Coste material específico (kg/kg) |
Hierro | 6 |
Cobre | 240 |
Arcilla para ladrillo cocido | 2,5 |
Bentonita | 8 |
Tierra para compactar | 1,33 |
Yeso | 6 |
Acero en tubos | Bloque de tierra | |
Coste energético (kWh/mkN) | 0,59 | 0,46 |
Producto final (g/mkN) | 53,6 | 1.700 |
Material por combustibles (g/mkN) | 59 | 46 |
Sustancia principal (g/mkN) | 53,6 | 1.632 |
Gangas y estériles (g/mkN) | 268 | 539 |
Coste material (g/mkN) | 381 | 2.217 |
Ladrillo hueco | Bloque de tierra | |
Coste energético kWh/(kJ/K) | 1,49 | 0,42 |
Producto final g/(kJ/K) | 1.190 | 1.560 |
Material por combustibles g/(kJ/K) | 149 | 42 |
Sustancia principal g/(kJ/K) | 1.190 | 1.498 |
Gangas y estériles g/(kJ/K) | 1.785 | 494 |
Coste material g/(kJ/K) | 3.124 | 2.034 |
En todo caso, no debe olvidarse que este coste material es el de fabricación, y que la parte
del león sigue estando en el mantenimiento. Los 200kWh/m2 del mantenimiento de un
edificio de viviendas representan del orden de 50kg/m2 sólo en combustibles cuando el
servicio energético es "todo eléctrico". A lo largo de, por ejemplo, 100 años, nos
encontramos con la muy respetable suma de 5.000kg/m2 en combustibles, respecto a los que
el peso propio del edificio comienza a ser marginal (incluso si se tratara de una edificación
masiva de gruesos muros, de unos 1.200kg/m2).
Si vamos a seguir construyendo edificios al ritmo actual y, a la vez, deseamos reducir los
impactos sobre el ambiente, se nos presenta una tarea enormemente difícil para la que se
pueden extraer de lo anterior algunas conclusiones útiles.
Corolario: no existen ni existirán materiales ecológicos. Incluso el uso de la madera puede
ocasionar fortísimos impactos. La cualidad de lo ecológico, o de lo sostenible, puede
predicarse de una cultura determinada, también de una cultura técnica.
Barracó, Helena et alii (1999) Barcelona 1985-1999: Ecología d'una ciutat (Barcelona:
Ajuntament de Barcelona)
Casanova Ramón-Borja, Andrés (2000) Carta del 13-8-2000 (Director técnico de Tejas
Borja S.A.)
Daumal, Francisco y Gerardo García (1978) "La energía y el ciclo vital del edificio"
(CAU n.50, pp 30-37.)
Edwards, Brian (1999) Sustainable Architecture. European Directives & Building Design
(Oxford: Architectural Press, 1996 (Se cita la segunda edición de 1999))
Estevan, Antonio, Mercedes Llop, Marta Román, Alfonso Sanz y Pilar Vega (1992)
Análisis comparativo de externalidades y condicionantes de la competitividad por modos de
transporte (Madrid: Dirección General de Planificación Interregional de Grandes
Infraestructuras. Ministerio de Obras Públicas y Transporte)
Estevan, Antonio (1998) "El nuevo desarrollismo ecológico" (Archipiélago n.33, pp
47-60.)
García, Arturo (1983) Bases para el diseño solar pasivo (Madrid: Instituto Eduardo
Torroja. Centro Superior de Investigaciones Científicas.)
Guinea Díaz, María Jesús (1986) "La tierra, material resistente al agua" (en La tierra,
material de construcción, Monografía 385/386. Madrid: IETcc)
Luxán, Margarita de (2000) "Arquitectura eco-lógicamente consciente" (Arquitectos,
número 155, pp. 48-55.)
Luxán, Margarita de; et alii (1997) "Criterios y datos básicos para el diseño de la
arquitectura bioclimática en Andalucía" (en Arquitectura y clima en Andalucía, Juan
Vázquez (ed.); Sevilla: Junta de Andalucía; pp 45-192.)
Maldonado Ramos, Luis (investigador responsable) et alii (1999) Determinación del
rendimiento y coste energético en la construcción de cerramientos de fábrica de adobe,
bloque de tierra comprimida y entramado, para su aplicación en proyectos de desarrollo
sostenible y política medioambiental (Acción especial: Memoria. Programa Nacional de
I+D en Medioambiente. CICYT. Departamento de Construcción y Tecnología
Arquitectónicas de la UPM.)
Mazria, Edward (1979) The Passive Solar Energy (Emmaus: Rodale Press Inc. (Se cita
la traducción castellana, El libro de la energía solar pasiva México. Gustavo Gili (1983))
Moewes, Gunther (1997) "Solar, defensiv ober beides?" (Detail, 3/1997)
Naredo, José Manuel; y Antonio Valero (directores) (1999) Desarrollo económico y
deterioro ecológico (Madrid: Fundación Argentaria.)
Naredo, José Manuel et alii (2000) Composición y valor del patrimonio inmobiliario en
España, 1990-1997 (Madrid: Ministerio de Fomento.)
Norgard, Jorgen S. (1993) "Energía para el confort personal: opciones eficaces y límites"
(en Energía para el mañana: conferencia sobre «Energía y equidad para un mundo
sostenible». AEDENAT. Madrid: Los libros de la Catarata, pp 21-52.)
Roodman, David M. & Nicholas Lenssen (1995) A Building Revolution: How Ecology
and Health Concerns Are Transforming Construction (Washington: World Watch Institute.
(se cita la traducción castellana, Revolución en la construcción, Bilbao: Bakeaz (1997))
Vale, Brenda & Robert Vale (1991) Green architecture. Design for a sustainable future
(London: Thames & Hudson)
Valero, Antonio (2000) «El marco termodinámico para iluminar la sociedad actual» (en
Economía, ecología y sostenibilidad en la sociedad actual, José Manuel Naredo y Fernando
Parra (eds.). Madrid: Siglo XXI, pp. 67-95.)
Vázquez Espí, Mariano 1995 "Un nuevo algoritmo para la optimación de estructuras:
el recocido simulado" (Informes de la construcción, número 436, pp 49-69.)
Vázquez Espí, Mariano (1997) "Sobre la enseñanza y la práctica de la teoría de
estructuras" (Informes de la construcción, número 449, pp 37-49.)
Verdaguer, Carlos (1999) "Paisaje antes de la batalla. Apuntes para un necesario debate
sobre el paradigma ecológico en arquitectura y urbanismo" (Urban, número 3, pp. 29-43.
(ahora también en http://habitat.aq.upm.es/boletin/n13))
Woolley, Tom, Sam Kimmins, Paul Harrison y Rob Harrison (1997) Green Building
Handbook (London: E & FN Spon.)
Fecha de referencia: 21-01-2001
Boletín CF+S > 20 -- Vidas «tecnológicas». Ecos de Brasil... > http://habitat.aq.upm.es/boletin/n20/amvaz.html |
Edita: Instituto Juan de Herrera. Av. Juan de Herrera 4. 28040 MADRID. ESPAÑA. ISSN: 1578-097X
Ciudades para un Futuro más Sostenible
Búsqueda |
Buenas Prácticas |
Documentos |
Boletín CF+S |
Novedades |
Convocatorias |
Sobre la Biblioteca |
Buzón/Mailbox
Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid
—
Universidad Politécnica de Madrid
Grupo de Investigación en Arquitectura, Urbanismo y Sostenibilidad
Departamento de Estructuras y Física de la Edificación
—
Departamento de Urbanística y Ordenación del Territorio