Carol Hayek, PhD, MBA, Chief Technical Officer, CC
El diseño de estructuras conlleva constantes desafíos y esfuerzos para alcanzar soluciones óptimas. Mientras que en el pasado se enfocó en el rendimiento, el tiempo y el costo, un nuevo factor, la sostenibilidad, se añade a este proceso. Aparte del control del consumo de energía y los factores sociales durante la fase de uso de los edificios, la necesidad de abordar las fases de diseño y construcción, y su impacto en el medio ambiente y la comunidad se está volviendo un tema esencial.
El presente estudio aborda estas primeras etapas, provee una evaluación completa y práctica de la eficiencia estructural con respecto a la selección y cantidad del material y el tiempo de construcción, y evalúa su impacto en el medio ambiente y el bienestar social.
Se presenta una comparación entre las opciones de concreto postensado y reforzado en losas de entrepiso con el fin de cubrir “triple bottom line” de sostenibilidad medioambiental, social y económico.
La comparación se realiza en el proyecto Strata SE1 situado en el centro de Londres cuya estructura se completó en el 2009. Este rascacielos residencial, de 147 m de altura con 41 losas postensadas, consta en 40 plantas típicas y primer techo en el mundo con aerogeneradores que proporcionarán una parte de la energía para su funcionamiento.
Debido a su facilidad de formar las curvas del edificio y sus ventajas acústicas y térmicas, se escoge el concreto como material estructural. Por lo tanto, para el análisis comparativo se consideraron:
- PT: losa plana postensada
- RC1: losa plana reforzada
- RC2: losa con vigas ambas reforzadas
Usando los mismos criterios y estándares, cada opción se diseña para cumplir los mismos requerimientos de servicio, deflexión y cargas últimas. Los tipos y cantidad de material por metro cuadrado de losa se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1: Material de la Losa
| Material | Unidad | Tipo de estructura | ||
|---|---|---|---|---|
| PT | RC1 | RC2 | ||
| Área de la losa | m3 | 630 | 630 | 630 |
| Área total | m2 | 25202 | 25202 | 25202 |
| Espesor de la losa | mm | 200 | 260 | 210 |
| Razón de refuerzo | kg/m2 | 11.6 | 21.6 | 19.5 |
| Razón de cable PT | kg/m2 | 3.5 | 0 | 0 |
| Razón de ducto PT (1.4 m/m2) | kg/m2 | 0.6 | 0 | 0 |
| Razón de anclaje PT (0.1 pieza/m2) | kg/m2 | 0.4 | 0 | 0 |
Tabla 2: Razón Unitaria Ambiental
| Material | Energía Incorporada (MJ/kg) | CO2 incorporado (kgCO2/kg) |
|---|---|---|
| Concreto (C32/40) | 1.11 | 0,159 |
| Refuerzo | 24,6 | 1,71 |
| Cable PT | 36,0 | 2,83 |
| Ducto Galvanizado | 39,0 | 2,82 |
| Anclaje de Acero | 24,4 | 1,77 |
Adicionalmente, el cable PT y el ducto galvanizado pueden contener hasta un 95% del material reciclado, hecho que no está tomado en cuenta en esta evaluación debido a que estos datos no están incorporados en el informe ICE.
El impacto ambiental de los entrepisos de concreto se muestra en la Figura 1.
RC1 incorpora 720 toneladas de CO2 más que la opción PT, lo que equivale al 26% de aumento en la emisión total de carbono. Aumento similar se observó en el consumo de energía. Entre PT y RC2 los valores son más cercanos: RC2 un 5% de aumento en la energía y CO2. Es importante notar que el 55% de energía y el 70% del CO2 en cada opción es aportado por el concreto mismo; de ahí la importancia de la reducción de los tamaños de los elementos estructurales.
Durante la construcción, se puede producir una amplia gama de malestar social. Diseños que requieren menos material reducen la contaminación, el transporte, la congestión del tráfico y los residuos. Además, un ciclo de construcción más rápido puede reducir las molestias en los sitios de construcción.
Durante la fase de operación de la estructura, el bienestar depende en gran medida de las condiciones de los espacios interiores: el concreto tiene ventajas en la iluminación, confort acústico y térmico. En el exterior, debido al espesor de la losa, RC1 y RC2 producirían respectivamente un aumento de 2,4 m y 16 m en altura total del edificio que lleva a más efectos de sombra, y el material de fachada. El edificio más alto demanda más energía para su operación y aumenta emisiones de carbono.
A base de los precios unitarios de los años 2008-09, el costo estimado de PT, RC1 y RC2 es de 74, 77 y 84 £/m2, respectivamente. Estos incluyen todos los costos de materiales y colocación de hormigón, refuerzo, cable PT, ductos, anclajes y encofrados. Reducciones adicionales de costos en el PT resultan de la reducción de los elementos verticales (columnas, fachadas, etc.) y del menor tiempo de ejecución de la obra.
Material de construcción, proceso constructivo y la operatividad de la estructura impactan en muchos sentidos nuestra calidad de vida. La construcción debe encontrar un equilibrio entre proporcionar un medio ambiente sostenible, manteniendo los espacios de vida agradables, así como proporcionar estructuras seguras y rentables.
Este estudio muestra que la búsqueda de un mejor medio ambiente no tiene por qué afectar el bienestar social o adicionar el costo o el tiempo a la construcción. Si los impactos ambientales y sociales son considerados en la etapa de prediseño, cuando se toman las decisiones sobre el material y el tipo de la estructura, la eficiencia en el diseño estructural puede contribuir intensamente para el bienestar humano y un medio ambiente sostenible.