I. INTRODUCCIÓN

En Colombia se ha registrado un incremento en la construcción de vivienda vertical, asociado a la necesidad de optimizar áreas. El 86,2 % de las viviendas que se desarrollan en el país son apartamentos, y para el caso de Bogotá, D. C., la cifra se acerca al 70 % [1]. Al lado de este auge en el sector de la construcción, se están generando una serie de im- pactos negativos en el ambiente, como lo muestran algunos estudios donde indican que este sector es responsable a nivel global de la extracción del 24% de minerales de la litosfera [2], sumado a la de- manda de energía para el transporte de materia- les, producción y equipos de construcción [3], [4].

A nivel mundial se han adelantado diferentes estudios que revelan los impactos del sector de la construcción. Por ejemplo, la producción de materiales como ladrillos genera una cantidad importante de CO2 a la atmosfera [5]; y la explotación de canteras para la obtención de materias primas, que aparte de estar en disputa su legalidad en algunas zonas, impacta negativamente el medio ambiente con la generación de gases por combustión no controlada y la alteración de los ecosistemas [6]. El tipo de material, el proceso de extracción, la tecnología de producción, las distancias de transporte hasta el sitio de obra y el tipo de estructura influyen directamen- te en el nivel de impacto, siendo los más frecuentes la GWP y el AD, [7], [8], [9], [10], [4].

Los impactos de una construcción, en este caso de un edificio, obedecen a condiciones locales. Los análisis ambientales basados en los análisis de ciclo de vida (ACV), en los que se examina todo el proceso desde la extracción de materiales hasta la disposición final, desarrollados en el sector.de la construcción en Colombia, son limitados, pero particularmente para el caso colombiano hay un estudio desarrollado por Ortiz, Castells y Sonnemann [11], donde se comparó el ACV de una casa ubicada en el municipio de Pamplona (Colombia) con respecto a una casa en Barcelona (España), en donde encontró que el mayor impacto ambiental se da en la etapa del uso de la vivienda para ambos casos, pero es mayor en Barcelona por la demanda energética en periodos de invierno y vera- no, es decir por las particularidades de su condición geográfica [12]. Por tal motivo, esta investigación presenta un estudio de caso centrado en el análisis de ciclo de vida de un edificio residencial de 13 pisos ubicado en Bogotá, D. C., con la intención de identificar aquellas etapas y procesos más impactantes en el contexto colombiano, y que sirva como base para futuras investigaciones.

Estudios de análisis de ciclo de vida en la construcción

La evaluación de impactos con el ACV en el sector de la construcción ha sido ampliamente usada en todo el mundo, debido a la tendencia del sector de volverse sostenible. Los estudios se han centrado en la evaluación de las diferentes etapas implicadas en la construcción, sus correspondientes impactos y el análisis de materiales empleados. La producción del cemento genera impactos como el agotamiento de recursos [13], [14], [15], pero la manufactura y trans- porte de este material genera grandes emisiones de CO2, por tener una alta demanda de energía fósil, [15], [16], [17], [13], resultados que coinciden con estudios realizados en hormigón [18] y en áridos [19].

Otro factor determinante en la generación de impactos es la tecnología que se emplee.[20] comparó la producción de ladrillos artesanales, ladrillos mecanizados y bloques de concreto producidos, y encontró que un ladrillo mecanizado impacta al ambiente en un 36 % más de emisiones de CO2 – eq que la obtención de un ladrillo artesanal, y un bloque de concreto impacta en un 175 % y 102 % más que la producción de un ladrillo artesanal y un ladrillo mecanizado, respectivamente, asociado al consumo de energía y al transporte de materiales. Estos resulta- dos coinciden con los de un estudio realizado en la universidad de Arizona, donde se efectuó el análisis a la fabricación de ladrillos a partir de materiales de desecho, allí se encontró que los ladrillos de arcilla, en promedio, tienen una energía incorporada de aproximadamente 2,0 kWh y liberan aproxima- damente 0.41 kg de dióxido de carbono (CO2) por ladrillo [21].

El ACV también se ha empleado para analizar y comparar los impactos ambientales generados por diferentes tipos de construcciones como viviendas, oficinas, y otros, en diferentes partes del mundo. La unidad de analisis de estos estudios ha sido el metro cuadrado, o su equivalente en pies cuadrados [22], [11], [23], [24], [25], [4], [10], [26], [27], [28].

Los ACV han señalado que la fase de construcción tiene un impacto que oscila entre el 10 % al 23 % del total, debido principalmente a la cadena de suministro de materiales [25], [28], [23], [29], [30], [7], [8]. El uso de la estructura representa la etapa de mayor impacto, entre un 70 % y un 90 %, causado. por el consumo de electricidad utilizado en sistemas de refrigeración, calefacción e iluminación [29], [23],.[10], y la fase de fin de vida y disposición final contribuye entre el 1 % al 9 % de los impactos totales [25], [11], [31]. Estos resultados muestran la utilidad que puede tener un ACV en la implementación de nuevos materiales y en mejorar en los procesos de producción y construcción.

Debería incluirse información sobre el método de evaluación CML-2015 y sobre el software OpenLCA (software libre para análisis de ciclo de vida4) para contextualizar al lector. También algo breve de la norma ISO 14040.

II. METODOLOGÍA

La presente investigación consistió en un caso de estudio que documenta el ACV de un edificio en Bogotá, D. C., en Colombia, siguiendo las directrices de la ISO 14040 (análisis del ciclo de vida, principios y marco de referencia) [32]. El análisis se realizó a un edificio de 13 pisos y 2 sótanos, con un área de 524,4 m2 ubicado en la ciudad de Bogotá, ciudad a una al- tura de 2600msnm, un clima bimodal (por la ubicación del país en una zona tropical no se presentan estaciones), moderadamente frío, con temperaturas promedio de 14 ºC, y humedad relativa cercana al 80 %. Estas características climáticas no demandan el uso de electrodomésticos ni energía para el calentamiento o enfriamiento en las construcciones, que es lo habitual en la ciudad. El alcance del análisis del estudio abarcó desde la extracción de materiales hasta la disposición final, contemplando la producción de los materiales de construcción, transporte, el ensamblaje de los mismos, consumo de electricidad, agua potable y gas natural, hasta el final de vida y la disposición final de los componentes, organizadas en 3 fases como se aprecia en la figura 1.

La información primaria, es decir, materiales, cantidades, equipos, tiempos de uso y consumos de energía, se recolectaron y evaluaron directamente en la construcción durante un periodo de seis meses. Para las etapas posteriores a la construcción se utilizaron fuentes secundarias como consumos específicos de empresas que ofrecen servicios públicos en Colombia como la Empresas Públicas de Medellín EPM [33], y una revisión del manejo de residuos en Bogotá, D. C. Para la información de impactos que se generan en la producción de cada material empleado en la construcción, la fuente de datos fue la base de datos Ecoinvent 3.35. [34], con la que se ajustó la cadena de suministro de todos los insumos seleccionados, considerando la ubicación de la construcción, los medios de transporte y las distancias recorridas, para aumentar la confiabilidad. El inventario en cada fase se ajustó a la unidad funcional y su vida útil, en este caso, un metro cuadrado (m2) y 50 años de vida útil. Se consideraron las entradas y salidas insumos, maquinaria, residuos, entre otros, en términos de masa (Kilogramos) y de energía para cada una de las fases establecidas reflejadas en la figura 1[25], [35], [36], [37].

En la fase de construcción se consideraron las cantidades de materiales empleados, equipos y el con- sumo de energía asociado la distribución de estos materiales desde el lugar de producción hasta el sitio de construcción de los edificios. Se estimó el peso total de todos los elementos de construcción y se encontraron las distancias desde las plantas de producción hasta el sitio de la obra. También se de- finieron los equipos y maquinaria empleados en el proceso constructivo del edificio, contabilizando de igual manera el consumo de combustible referente al rendimiento y tiempo de uso. Toda esta información se estableció a partir del manejo de la cons- trucción, es decir que los datos de uso, de tiempo y cantidades se estimaron directamente en la obra.

En la fase de uso se estimaron todas las actividades relacionadas con el uso de una vivienda, como el consumo de agua, la electricidad y el gas natural. El agua que se utiliza para todo el proceso de abastecimiento y limpieza en el hogar, la electricidad es empleada para los diferentes dispositivos electrónicos y la iluminación de los hogares y el gas natural es usado para la producción de agua caliente y la cocina.

En la fase de fin de vida se consideraron tres opciones para la eliminación del material de construcción: reciclaje directo, reciclado parcial después de la clasificación y eliminación sin reciclado. La resolución 2397 de 2011 de la Secretaría Distrital de Ambiente exige para el 2017 la recuperación 25% del total de metros cuadrados del proyecto en componentes no estructurales de los residuos gene- rados por las etapas constructivas y de desmantelamiento. Con el fin de cumplir los requisitos de la norma, se asume que el acero se recicla en un 100%, y que el 25 % de los escombros de la demolición del edificio (i.e. concreto, ladrillos, mortero, pvc) se reciclan parcialmente en los centros de tratamiento y/o aprovechamiento legalmente constituidos, siendo el restante (75 %) enviado a los sitios de disposición final.

Una vez listo el inventario se procedió a la evaluación de impactos a partir del ACV. En el presente caso, se utilizó la metodología de CML – 2015[38] para la caracterización de 11 categorías de impacto: agotamiento de ozono OD, acidificación potencial AP, oxidación fotoquímica, ecotoxicidad en agua dulce FAETP, ecotoxicidad acuática marina MAETP, calentamiento global potencial GWP, ecotoxicidad terrestre TETP, eutrofización potencial EP, toxicidad humana HT, agotamiento de recursos abióticos AD.

Este análisis se realizó con el apoyo del software OpenLCA 1.6.3 [39], el cual es libre y de código abierto para la evaluación del ciclo de vida y sostenibilidad y la base de datos Ecoinvent 3.3, la cual es un inventario del ciclo de vida de productos de agricultura, transporte y construcción [34].

El análisis contempló evaluar los impactos etapa por etapa y además hacer un análisis global de los principales impactos causados por el edificio en Bogotá, Colombia.

III. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

A partir del ACV se obtuvieron los impactos generados por el edificio, como se aprecia en la tabla 2. Entre los impactos presentados está el AD con 1,85E+ 07 MJ (3,52E+ 04 MJ m-2) con mayor presencia en la fase de uso. Otro impor- tante impacto es el GWP con 8,22E+ 05 kg CO2 (1,57E+ 03 kg CO2 eq m-2) presente en todas las etapas de análisis, pero más alto en la fase de uso, la MAETP con 1,12E+ 04 kg 1,4-DB eq (2,13E+ 01 kg1,4-DB eq m-2) presente en la fase de extracción de materiales, la HTTP con 9,99E +03 kg 1,4-DB eq (1,90E+01 kg 1,4-DB eq m-2) presente en la fase de construcción y el AP con 1,66E +03 kg SO2 eq (3,17E +00 kg SO2 eq m-2) generado principalmente fase de uso.

La fase de uso fue la de mayor impacto, como se puede apreciar en la figura 2. En esta etapa se genera el 97 % del total de los impactos ambientales, debido a que la vida útil del edificio evaluada fue de 50 años, y durante el uso fue donde más se em- pleó energía y agua.

Durante todo el ciclo de vida del edificio residencial, el GWP fue uno de los impactos más significativos, el mayor aporte a este impacto se pre- sentó durante la fase de uso, representando el 71 % del total de este impacto. Esto se debe a los diferentes tipos de energías no renovables que se utilizan en la producción para el abastecimiento humano, y en combustibles para el transporte de materiales o residuos [11], [40], [25].

La MAETP se presentó principalmente en la eta- pa de extracción con un 42 % de aporte al total de este impacto durante todo el ciclo de vida, debido a que en esta fase se realiza el proceso de manufactura de materiales de obra, en donde se generan residuos líquidos sobre los cuerpos de agua, que afectan la biodiversidad acuática [41], [42]. La HTTP también se pre- sentó en mayor proporción durante la fase de extracción y construcción con un 86 % con respecto al total, pues en estas fases el trabajador tiene contacto con materiales de construcción o sustancias que lo pueden afectar a través de la piel, la respiración, la ingestión y el contacto con los ojos, por ejemplo, las gravas empleadas como áridos en la producción de concreto suelen ser radiactivas, estas partículas suelen descomponerse y quedar atrapadas en los pulmones [43].

Por último, el AP fue otro de los impactos ambientales generados en la fase de extracción con un 23 % con respecto al total, en la fase de uso con un 62 % y la fase de fin de vida del 16 %. Este valor, asociado a la explotación del suelo para la obtención de combustibles fósiles, genera gases contaminantes a la atmosfera (i. e. óxido de nitrógeno y dióxido de azufre), que en combinación con el oxígeno del aire y el vapor de agua se transforman en ácidos (ácido sulfúrico y ácido nítrico) para depositarse en la superficie terrestre a través de las precipitaciones [44].

Analizando lo que sucedió en cada una de las etapas, el proceso de extracción de materiales y construcción impactó con el AD en 2,51E+05 MJ, de los cuales la producción de concreto representó el 59 % del total debido a la extracción de materias primas y la energía utilizada en la producción de los diferentes elementos que lo conforman [45], [46], y la fabricación del PVC que representó el 41 % del total. El GWP está asociado a la producción del ladrillo de arcilla en un 43%, por el uso de diversos combustibles en el proceso de cocción [47], [48], y el transporte de materiales, que re- presentó el 13%, lo que hace que en este caso no sea un gran aportante debido a que la distancia promedio desde las fábricas hasta el sitio de construcción fue en su máximo caso de 30 km.

En la fase de construcción del edificio residencial, los impactos que más se presentaron fueron el GWP y el AD. El GWP fue el mayor impacto, generado principalmente por la maquinaria y los combustibles que estas usaban, como el diésel [49], [50] y a la antigüedad de la maquinaria utilizada actualmente en Colombia, dado que no es maquinaria de última tecnología.

La fase de uso fue la mayor contribuyente de impactos ambientales, exceptuando el OLDP [29], asociado al tiempo de vida útil del edificio. En la fase de uso el GWP estuvo asociado a la producción de electricidad, la que representó entre un 80 % y 90 % del total del consumo, al igual que otros estudios realizados [11], [29]. En Colombia la producción de energía se da en dos formas: a partir del aprovechamiento de la energía potencial del agua embalsada en represas, y en las plantas térmicas la energía eléctrica se obtiene a partir del poder calorífico de la combustión de elementos fósiles (gas natural, diésel, carbón). Esta combustión es la responsable de emitir CO2 [51], [52], [53]. El AD también se asocia esta situación y debido a la producción de gas natural para las viviendas, lo cual implica la extracción y manufactura de una cantidad mayor de recursos fósiles naturales [49], [50].

Los impactos en la fase de disposición final se dan principalmente por combustible empleado por la maquinaria para el transporte de los residuos generados por el edificio, aunque esta etapa es la que menores impactos presenta [25], [31]. En Colombia se recicla por exigencia apenas el 25 %, a diferencia de países europeos donde se exige para el año 2020 la recuperación del 70 % en peso de todos los residuos [31], [54].

Comparando los resultados con un edificio en Corea del Sur, con un impacto de 3,25E+03 kg CO eq m-22[40] y un edificio en España, con un impacto emisiones que aportan al fenómeno de cambio climático asociadas al transporte y a la producción de 2,47E+03 kg CO2 eq m-2[11], se encuentra que son mayores al impacto del edificio en Colombia (1,57E+03 kg CO2 eq m-2), debido a que se emplean tecnologías diferentes, pero sobre todo a las condiciones climáticas.

Para un edificio unifamiliar en Italia de 443 m2 se obtuvo un impacto de 1,10E+03 kg CO2 eq m-2, un poco menor al edificio en Colombia debido a la disminución del área construida [25].

Este estudio y otros ACV en construcciones coinciden, además, en que potencial de calentamiento global es uno de los impactos más significativos, siendo la construcción la responsable entre 20-28%, la fase de uso entre 70-92 %, y la fase de fin de vida entre 0-9 % [11], [25], [56], [29]. Es decir, que en la fase de uso, es en la que más se presenta GWP, por lo que se debe trabajar en buscar estrategias para disminuir la emisiones que genera el consumo energético, como fuentes de energía renovables y también evitar el desperdicio de energía.

Al comparar el edificio residencial y una casa, se encuentra que mientras en el edificio, para el caso colombiano, emite aproximadamente 1,57E+03 kg CO2 eq m-2 durante su ciclo de vida, la casa, según [11], emite 8,62E +02 kg CO2 eq m-2, es decir, que los impactos del edificio son mayores dada la condición de espacios comunes, puesto que en el edificio tenemos áreas mayores, en especial comunes lo que devenga un mayor uso de energía para su uso y mantenimiento, generando así mayores impactos por emisiones.

IV. CONCLUSIONES

Este estudio de caso evidencia que los impactos ambientales asociados a un edificio de trece pisos ubicado en Bogotá D.C (Colombia) están principalmente asociados a hábitos de consumo de quienes los habitan, pues la fase se uso es la que más impactos genera por la demanda de agua y energía, que a su vez está determinada por las condiciones climáticas de la estructura. En este caso, a diferencia de análisis realizados en otros sitios del mundo, son menores los impactos ambientales ya que no se demandan sistemas de calefacción o enfriamiento. Sin embargo, representa un reto para el sector de la construcción hacer que los procesos de producción de materiales sean más eficientes, pues los recursos naturales como el agua y suelo son los más impactados, a lo que se suman las emisiones que aportan al fenómeno de cambioclimático asociadas al transporte y a la producción de energía.

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