Análisis del ciclo de vida en la construcción: evaluación de las etapas incorporadas de elementos de la vivienda y de su entorno urbano

Abstract

The construction sector has the potential to contribute to the achievement of essential objectives of sustainable development, such as the fight against climate change, the defense of the environment or the design of cities. This sector is responsible for generating high rates of greenhouse gas emissions and construction and demolition waste, in addition to the excessive consumption of non-renewable abiotic and energy resources. In the search to mitigate these negative consequences, tools have been developed that allow these environmental impacts to be managed, one of them is the life cycle analysis (LCA). This thesis aims to assess the applicability of LCA in the construction sector. Specifically, evaluate the embodied environmental impacts in the life cycle in the housing construction and its urban environment. In this thesis were evaluated i) twenty exterior walls and the most environmentally appropriate configurations were established, as well as a system of equations that defined their environmental behavior, ii) eighteen residential streets with alternatives that prioritized non-motorized flow, and their influence on environmental impacts (both studies through an LCA from the cradle to handover) and iii) six types of housing, where the materials used in the walls and windows were varied (through an analysis of the cradle to the grave). For the latter case, the environmental challenges of the residential sector in Mexico were also addressed. The databases used were BEDEC, CYPE Latam (quantification of materials) and ecoinvent (life cycle inventory). The environmental impact methods used were CML 2001, Ecoindicator 99, IPCC 2013, and CED. In this thesis it was corroborated that LCA is a methodology applicable in construction which, with the constant updating of the regulations, has allowed the obtaining of increasingly global and transparent results, allowing the expansion of LCA to new geographies. Also, it was found that the stage of the greatest contribution to the environmental detriment is that of the product, or those that involve a product (such as maintenance and replacement), while the stages related to the processes have a lower contribution, of these the transport was the most relevant. The elements with the highest potential for environmental damage were granite sidewalks, aluminum windows, XPS thermal insulation, and galvanized laminated plasterboard. It was confirmed that the most typical construction materials, such as those made with cement (concrete, mortar, among others), ceramic pieces of clay or steel, are high generators of greenhouse gases and energy consumers. On the other hand, it was found that prioritizing the human scale in street design reduces environmental impacts. The development of LCA from the cradle to handover (partial) allowed to establish a higher number of scenarios, compare them and find the most environmentally correct alternative; while the development of LCA from cradle to grave, allowed to know the environmental behavior of the entire life cycle; that is, the total impacts of housing and detect where the opportunities for improvement were located (although this meant the limitation of the scenarios due to the complexity of the study). The findings of this thesis allowed us to conclude that LCA has an essential potential in achieving sustainable evolution schemes, so its applicability in the construction sector is feasible and recommended (in emerging or developing countries it is suitable). Finally, it is concluded that LCA is a tool that can contribute to the achievement of the objectives of sustainable development and that it is essential to cope with the accelerated changes caused by the environmental damage generated by the construction sector.

El sector de la construcción tiene el potencial de contribuir en el logro de algunos de los objetivos más importantes del desarrollo sostenible, como el combate al cambio climático, la defensa del medio ambiente o el diseño de las ciudades. Este sector es responsable de generar altas tasas de emisiones de gases de efecto invernadero y de residuos de construcción y demolición, además del consumo desmesurado de recursos abióticos y energía no renovables. En la búsqueda de mitigar estas consecuencias negativas, se han desarrollado herramientas que permiten gestionar estos impactos ambientales, una de ellas es el análisis del ciclo de vida (ACV). Esta tesis tiene como objetivo evaluar la aplicabilidad del ACV en el sector de la construcción. En específico, evaluar los impactos ambientales incorporados del ciclo de vida en la edificación de vivienda y de su entorno urbano. En esta tesis se evaluaron i) veinte muros exteriores y se establecieron las configuraciones más adecuadas para el ambiente, así como un sistema de ecuaciones que definió su comportamiento; ii) dieciocho calles residenciales con alternativas que priorizaron el flujo no motorizado, y su influencia en los impactos ambientales (ambos estudios mediante un ACV de la cuna a la mano de obra) y; iii) seis tipologías de vivienda, donde se variaron los materiales utilizados en los muros y las ventanas (mediante un análisis de la cuna a la tumba). Para este último caso, se abordaron también los retos ambientales del sector residencial en México. Las bases de datos utilizadas fueron BEDEC, CYPE Latam (cuantificación de los materiales) y ecoinvent (inventario de ciclo de vida). Los métodos de impacto ambiental utilizados fueron CML 2001, Ecoindicador 99, IPCC 2013 y CED. En esta tesis se corroboró que el ACV es una metodología aplicable en la construcción la cual, con la constante actualización de la normativa, ha permitido la obtención de resultados cada vez más globales y transparentes, permitiendo la expansión del ACV a nuevas geografías. Además, se encontró que la etapa de mayor contribución al detrimento ambiental, es la de producto, o las que involucran un producto (como el mantenimiento y el reemplazo), mientras que las etapas referentes a los procesos tienen una menor contribución, de éstas el transporte fue la más relevante. Los elementos con el mayor potencial de daño ambiental fueron las aceras de granito, las ventanas de aluminio, los aislamientos térmicos de XPS y el galvanizado de la placa de yeso laminado. Se corroboró que los materiales más típicos de construcción, como los elaborados con cemento (hormigón, mortero, entre otros), las piezas cerámicas de arcilla o el acero, son altos generadores de gases de efecto invernadero y consumidores de energía. Por otra parte, se encontró que dar prioridad a la escala humana en el diseño de las calles reduce los impactos ambientales. La elaboración de ACV de la cuna a la mano de obra (parciales) permitió establecer un mayor número de escenarios, compararlos y encontrar la alternativa más ambientalmente correcta; mientras que la elaboración de ACV de la cuna a la tumba, permitió conocer el comportamiento ambiental de todo el ciclo de vida; es decir, los impactos totales de la vivienda y detectar donde se encontraban las oportunidades de mejora (aunque esto significó la limitación de los escenarios por la complejidad del estudio). Los hallazgos de esta tesis permitieron concluir que el ACV tiene un potencial importante en la consecución de esquemas de evolución sostenible, por lo que su aplicabilidad en el sector de la construcción es factible y recomendado (en países emergentes o en vías de desarrollo resulta idóneo). Por último, se concluye que el ACV es una herramienta que puede contribuir a la obtención de los objetivos del desarrollo sostenible, y que es esencial para hacer frente a los cambios acelerados causados por el daño ambiental que genera el sector de la construcción.