Investigación: Evaluación de la huella hídrica del uso y mantenimiento de los edificios. Aplicación a viviendas en Andalucía, España

Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORES Evaluación de la huella hídrica del uso y mantenimiento de los edificios. Aplicación a viviendas en Andalucía, España investigación 29 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORES Cristina Rivero-Camacho Escuela Politécnica de Ingeniería Universidad de Sevilla Madelyn Marrero Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Edificación, Universidad de Sevilla Las empresas de construcción pueden lograr el éxito financiero y reducir los impactos ambientales de los proyectos mediante la gestión cuidadosa de los presupuestos de los proyectos y la consideración simultánea de los costos económicos y los impactos ambientales. Sin embargo, durante su uso y mantenimiento, los edificios incurren en ramificaciones que van más allá de su construcción y que pueden ser igualmente significativas. En este trabajo se evalúa la huella hídrica (HH) de la etapa de mantenimiento y uso de los edificios a partir de la información de los presupuestos de los proyectos de construcción. Para ello, se emplea la herramienta computacional PREDICE. La herramienta pronostica los impactos ambientales indirectos, cuantificando los impactos incorporados en los materiales de construcción y la maquinaria a partir de su análisis de ciclo de vida. En este trabajo también se evalúan los impactos directos derivados del consumo de agua de los ocupantes a partir de los datos reportados. El capítulo explora la construcción de edificios residenciales en Andalucía, España, utilizando la base de datos de costos de construcción y el sistema de desglose de obras de la región. Se analiza el proyecto de construcción, concretamente su presupuesto (BoQ), para predecir las tareas de mantenimiento a lo largo de su ciclo de vida. Noventa y cinco unidades de trabajo de mantenimiento y su coste están definidos e integrados en la herramienta PREDICE. Se estudia un proyecto real: un edificio plurifamiliar de 4 plantas que proporciona vivienda social. Los resultados demuestran cómo el uso de la herramienta permite localizar las fuentes de mayor impacto a lo largo del ciclo de vida, facilitando así la toma de decisiones en cuanto a la reducción de costes económicos y ambientales. La huella hídrica de las viviendas consiste en torno al 80% de consumo directo por parte de los habitantes, mientras que un 20% se debe al agua incorporada en los materiales de construcción y la producción de energía. Además, el agua incorporada en la producción de energía es significativamente tan alta como la huella de materiales de construcción. Palabras clave: ciclo de vida del edificio, huella hídrica, control de costes, agua incorporada, mantenimiento 1. EL AGUA EN EL CICLO DE VIDA DEL EDIFICIO Los edificios consumen aproximadamente el 30% del agua dulce disponible en el mundo. Actualmente se están buscando alternativas para optimizar su consumo directo a través de sistemas y dispositivos de mayor eficiencia. Sin embargo, para la producción de un edificio es necesario otro consumo (incurrido indirectamente en los materiales y equipos de construcción): esto se denomina consumo indirecto de agua. Los materiales de construcción, al igual que otros productos, utilizan agua durante su extracción y fabricación (Naciones Unidas 2012) , en su fase de uso, e incluso en sus procesos de tratamiento y reutilización de residuos. Para poder medir este consumo surge el indicador Huella Hídrica (HH), que tiene como objetivo evaluar el consumo de agua desde una perspectiva más completa. El WF puede definirse como el volumen total de agua dulce que se utiliza para producir bienes y servicios que son consumidos por un individuo o una comunidad. La unidad de medida de este indicador es m³ y representa el volumen de agua dulce utilizada directa e indirectamente. También existe una estandarización para su evaluación en el sentido de que la norma ISO 14046 establece los requisitos y directrices necesarios para la evaluación de productos, procesos y organizaciones, mediante el uso del ACV. Otro aspecto importante del indicador en el sector de la construcción es que es de fácil comprensión para todos los implicados, y facilita el estudio de una variedad de productos, materiales y residuos 30 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 que intervienen en el proceso de construcción con un mensaje claro a la sociedad de la misma manera que otros indicadores que pertenecen a la familia de la huella. (Bardhan, 1993) (Hoekstra y Hung 2002) (ISO 2014) ( Bovea y Powell, 2016) Más recientemente, en España, Rivero-Camacho y Marrero estudiaron el indicador HH en el ciclo de vida completo de edificios residenciales y Ruiz-Pérez et al. considerados proyectos de servicios urbanos. Lopes et al. también han estudiado 87 proyectos industriales para determinar su HH. Estos últimos estudios han establecido una clasificación sistemática del consumo in situ de este recurso, lo que permite evaluar su impacto y muestra la versatilidad del indicador en la evaluación de proyectos de edificación. (Rivero-Camacho & Marrero, 2022) (Ruiz-Pérez et al. 2022) (Lopes R. Silva et al., 2022) 2. METODOLOGÍA La metodología para el cálculo del HH se basa en un ajuste del modelo de cálculo de la huella de carbono y ecológica de los edificios. El modelo tiene una estructura de costos, donde a cada elemento de costo se le han asignado coeficientes de impacto para calcular sus impactos ambientales. Incluye el consumo indirecto de agua, el agua incorporada en la fabricación de los materiales de construcción, en el combustible de la maquinaria y en la producción de electricidad. También se determina el consumo de agua por parte de los ocupantes del edificio y el agua incorporada en su consumo de energía. (Solís-Guzmán et al. 2013) El consumo directo de los ocupantes en forma de agua del grifo y electricidad se obtiene a partir de datos estadísticos y reportados. 2.1. CONSUMO DIRECTO DE LOS OCUPANTES 2.1.1. AGUA El Instituto Nacional de Estadística proporciona datos sobre el consumo medio de agua por persona y año, para el periodo comprendido entre 1996 y 2015. Se prevé que, para 2038, se alcance el objetivo de la OMS de 50 l/cápita/día (Rivero-Camacho et al., 2023). Este consumo se establece como constante para los siguientes años del ciclo de vida. El número de residentes por vivienda se obtiene del Código Técnico de la Edificación español. Con estos datos, el consumo de agua es de 68,50 m3 de ( Estadistica 2019) (CTE 2006) agua/m2 de superficie durante una vida útil de 100 años del edificio. La esperanza de vida del edificio se fija en 100 años con el fin de cumplir con los requisitos de las estructuras de hormigón armado en España. (Rivero-Camacho & Marrero, 2022) (EHE 2008) Otros impactos asociados al agua del grifo son la energía consumida durante su transporte y las pérdidas por fugas y averías. En España, las pérdidas de red son aproximadamente del 16% (INE, 2019). El HH tiene una superficie de 79,39 m3 de agua/m2. 2.1.2. CONSUMO DE ENERGÍA El consumo de energía de los ocupantes durante la etapa de uso cambia con el tiempo debido a las modificaciones en la envolvente del edificio y sus instalaciones. El consumo medio de electricidad de los hogares obtenido a partir de la simulación de software es de 2713,37 kWh/m2 de superficie construida durante 100 años. El HH de la electricidad es de 0,0167 m3/kWh (IDAE 2011) y, por lo tanto, el HH es de 45,31 m3/m2. 2.2. CLASIFICACIÓN DE LOS TRABAJOS DE MANTENIMIENTO Se definen las futuras tareas de mantenimiento requeridas por las unidades de trabajo del proyecto. Se establecen las composiciones de todas las unidades de trabajo y los nuevos códigos, que luego se traducen a formato de intercambio (.bc3) y luego se agregan al BCCA. Dentro de la BCCA, las posiciones de mantenimiento se definen en el subcapítulo R. Las tareas a su vez se dividen en diferentes categorías en función del capítulo, lo que determina la segunda letra del código y finalmente la tercera letra se establece de forma más específica en función de la zona en la que se realice. En la Tabla 3 se muestra la clasificación de las reparaciones y reemplazos en el Capítulo 05 Estructuras. En la Tabla 4 se muestra un ejemplo de un nuevo costo unitario de mantenimiento en el Capítulo 5. Todos los nuevos códigos propuestos deben estar contenidos en el árbol de la estructura BCCA para que la nueva base de datos pueda importarse a la herramienta PREDICE (Figura 1). 31 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 Figura 1. Interfaz de la herramienta PREDICE donde se muestran los capítulos de alcantarillas y estructuras con sus correspondientes costos unitarios, junto con los impactos económicos y ambientales de cada recurso. 3. CASO DE ESTUDIO 3.1. CONSTRUCCIÓN El proyecto seleccionado es representativo de la tipología más habitual en Andalucía. Dispone de una superficie construida 9.524,17 m2 divididos en cuatro plantas, con cimentación por losa armada. Se ha diseñado con estructura de hormigón armado, así como sistemas de encofrado metálicos. Para las estructuras horizontales se ha seleccionado forjados de bovedillas cerámicas. Para la envolvente se han dispuesto cerramientos de fachada compuestos de muros de ladrillo de 24 cm con cámara de aire, 3 cm de aislamiento de poliestireno y revestimientos exteriores en monocapa. Las cubiertas son horizontales, transitables y ventiladas. Las divisiones interiores son ejecutadas con tabiquerías de ladrillo de 9 cm. Para los acabados interiores, se ha dispuesto guarnecidos y enlucidos de yeso en los paramentos, solería de terrazo y techos de escayola con fijación metálica. Para los huecos de las viviendas, se ha optado por ventanas de aluminio lacado con RPT, vidrios termo-acústicos 6+12+6, persianas de PVC. 3.2. MANTENIMIENTO Es necesario definir el trabajo de mantenimiento y preparar el BoQ de mantenimiento para cada período. Todas las unidades de trabajo de mantenimiento utilizan los costes básicos existentes en el BCCA, que por lo tanto también se mantienen en PREDICE. Las actividades establecidas en cada una de las etapas del mantenimiento son: • Reforma de 20 años: Consiste en la sustitución de las instalaciones de aire acondicionado, calefacción y generación de agua caliente sanitaria (ACS). Además, se pinta la fachada, aunque se trata de una actividad que se puede realizar con mayor frecuencia, aproximadamente cada 5 años según ciertos estudios (Martínez-Rocamora et al., 2016c) , aunque, en aras de la simplicidad, aquí solo se estudian tres periodos de mantenimiento. • Renovación de 40 años: La segunda renovación incluye el aislamiento de la cubierta y las fachadas. Se renuevan de nuevo el aire acondicionado, la calefacción y las instalaciones de agua caliente sanitaria. Además, se sustituyen las ventanas. La fachada está enlucida y pintada. Se repara el techo. Los ascensores se sustituyen por nuevos ascensores. • Renovación de 70 años: En este punto del ciclo de vida, es necesario realizar una inspección y reparación de elementos estructurales como fisuras y grietas. También es necesario reemplazar todas las instalaciones eléctricas y el sistema de alcantarillado. Se vuelve a realizar una renovación de las instalaciones de aire acondicionado y agua caliente. Se sustituyen los tabiques y puertas interiores, así como las cocinas y los baños. Las reparaciones estructurales y la pintura también están presentes. Además, la rehabilitación no puede superar el 60% del coste de construcción del coste original del edificio para no ser considerado un edificio nuevo en la legislación española. (Miguel, 2011) 32 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 4. RESULTADOS La metodología propuesta proporciona la cuantificación económica, a partir de la cual se obtiene la cuantificación ambiental del ciclo de vida del edificio para cada etapa de mantenimiento. Los resultados se obtienen íntegramente a partir de la herramienta PREDICE, gracias a la entrada del BoQ de los proyectos para generar automáticamente la información ambiental de cada fase. Cada una de las partidas que forman parte del presupuesto genera un coste económico y de HH. Los resultados de cada ítem se suman para obtener los resultados por capítulo. Por último, la suma de todos los capítulos del presupuesto proporciona el impacto total del proyecto. En la Figura 2 se muestra la distribución en términos de porcentajes de costos. Se puede observar que los costes de las etapas de la suma de las etapas de mantenimiento son similares al coste de toda la fase de construcción, siendo ambos los que controlan aproximadamente el 80% del CVE del proyecto. Los datos económicos, también son recogidos en la tabla 1. Figura 2. Resultados económicos por capítulos del CVE. En el caso de los resultados del HH, en la Tabla 1 se observa que en el estudio de caso P1, el capítulo que controla la huella es el de la cimentación, seguido de cerca por la estructura. Estos representan los elementos con mayor consumo de agua en su fabricación, debido al uso intensivo de áridos y piedras, además del hormigón y el acero, que también son materiales intensivos en agua. En el caso de estudio P2, los acabados de la fachada que es de mortero son los que tienen mayor huella hídrica, seguidos de la cimentación. Este es también el caso de que parte del pavimento sea parcialmente material pétreo que se extrae de canteras, lo que implica una producción intensiva en agua. El HH total es de 33,50 y 22,87 m3/m2 de superficie construida para los casos de vivienda unifamiliar y plurifamiliar, respectivamente. La distribución del HH por capítulos es similar a la encontrada en la construcción de 83 naves en Sevilla (Silva et al., 2022), aunque estos edificios tienen una huella menor debido a la simplicidad de su construcción, de 6 a 12 m3/m2. Los resultados de otros autores revelan 20,83 m3/m², 26,6 m (Meng et al., 2014) 3/m² y 20,80 m (Han et al., 2016)³/m2 (Heravi & Abdolvand, 2019) .Sin embargo, estos proyectos no incluyen mediciones detalladas para la comparación de los impactos por capítulo o etapa de la obra. Las ligeras diferencias pueden deberse a que, en el presente trabajo, la definición del proyecto es completa y se han evaluado casi 300 unidades de trabajo. 33 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 TABLA 1. HH Y COSTES EN EL CVE DEL CASO DE ESTUDIO. Etapa CVE HH (m3/m2) COSTES (€/m2) Urbanización 1,77 21,715 Construcción 9,15 635,29 Renovación 20 0,47 95,93 Renovación 40 6,77 323,12 Renovación 70 8,50 371,31 Demolición 0,27 37,36 HH/coste indirecto total 26,93 1484,725 HH indirecta /año 0,27 HH electricidad 54,76 325,062 HH agua 165,78 154,13 HH directa total/costes suministros 220,54 479,20 HH directa /año 2,21 HH total CVE 247,46 1963,93 HH/año (100 años) 2,475 196,39 Los resultados se sitúan dentro de los rangos habituales (Rivero-Camacho et al. 2023) ya que también dependen, en gran medida, del tamaño y complejidad de los proyectos analizados. Esta cifra pone de manifiesto la importancia de los acabados elegidos en el proyecto. Al final de la etapa de construcción, comienza la etapa de uso, mediante la cual se debe realizar un mantenimiento para garantizar el funcionamiento óptimo del edificio. Para los dos estudios de caso, la primera renovación interviene solo en los capítulos de instalaciones y pintura, por lo que la inversión es pequeña en comparación con los costos de construcción y otras renovaciones, como se muestra con mayor detalle más adelante. Los resultados de la huella de mantenimiento de 20 años se puede apreciar el impacto significativo de las pinturas. El proyecto estudiado no necesita ser pintado en la etapa de 20 años porque su fachada está cubierta con una sola capa de mortero. La renovación después de 40 años implica un mayor número de capítulos. Los HH por metro cuadrado de suelo en los dos estudios de caso están relativamente cerca entre sí. La renovación que se lleva a cabo después de 70 años es la más completa en comparación con las dos anteriores y se traduce en una mayor repercusión. Las reparaciones de la estructura son significativas en términos de la HH debido al uso de acero y hormigón. 34 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 Figura 3. Huella hídrica de la construcción y mantenimiento del CVE. El capítulo de la estructura tiene un mayor impacto económico y ambiental, por lo que las medidas especiales de control y la mejora del diseño pueden reducir significativamente el impacto de los proyectos, ya que los trabajos de reparación de la estructura de hormigón son más significativos. Los resultados de agua directa total tienen una huella de 220,54 m3/m2 de superficie construida y el consumo eléctrico medio de las viviendas genera un HH de 54,76 m3/m2. Por lo tanto, el HH del consumo directo del uso del edificio, agua y electricidad, representa aproximadamente el 89% del impacto, ver Figura 3. Es interesante notar que el agua incorporada en la producción de electricidad de los edificios es tan importante como el agua indirecta de los materiales y maquinaria empleados en la construcción y mantenimiento del edificio. Por lo tanto, se debe prestar especial atención a esta fuente de impacto. Hacer que el edificio sea más eficiente energéticamente no solo reduciría su huella de carbono, sino que también reduciría significativamente su HH. 5. CONCLUSIÓN A lo largo de su ciclo de vida se ha realizado un análisis de impacto ambiental de un proyecto representativo de edificación en Andalucía, un bloque plurifamiliar de viviendas sociales de 4 plantas. Se consideró la fase de construcción, así como el mantenimiento necesario después de 20, 40 y 70 años. La etapa de construcción y el mantenimiento cuando el edificio tiene 70 años de antigüedad constituyen las etapas con mayor impacto económico y huella hídrica de todo el ciclo. Para la evaluación económica y ambiental, se utiliza la herramienta informática PREDICE, fácil de usar. La herramienta funciona en conjunto con otras herramientas, como las bases de datos de costos de construcción, de una manera fácil y dinámica. La herramienta permite tener en cuenta el aspecto medioambiental por parte de los profesionales del sector de la edificación y genera una mayor concienciación sobre los materiales y métodos de construcción empleados. La metodología actual permite definir las nuevas unidades de obra de mantenimiento y renovación en función del BoQ del proyecto constructivo. Estos nuevos costes de mantenimiento se insertan fácilmente en el sistema de desglose de la obra de la base de datos de costes de construcción elegida. La herramienta se valida a través de la inclusión de estos nuevos costes de mantenimiento, y PREDICE es capaz de detectar estos costes y generar resultados. De esta forma, es posible realizar un análisis ambiental mediante la inclusión de datos de ACV en la herramienta. Los resultados obtenidos para los dos estudios de caso son comparables con los de otros proyectos similares. El HH es de 247,46 m3/m2. Dentro de los resultados desglosados en capítulos, se puede observar que el capítulo que ejerce mayor impacto es el de las reparaciones a la estructura cuando el edificio tiene 70 años de antigüedad: esto es responsable del 10% y 18% del total de HH indirecto, respectivamente. Otras actividades de mantenimiento ejercen un pequeño impacto de menos del 5%. Sin embargo, el consumo directo de los ocupantes de los edificios es el factor más significativo, ya 35 COAAT SEVILLA Nº94-Enero de 2025 | APAREJADORESAPAREJADORES | Nº94-Enero de 2025 que el consumo directo de agua y energía representa aproximadamente el 89% del impacto total en el casos de estudio. Las investigaciones futuras deben centrarse en el uso de declaraciones ambientales de producto con el fin de determinar y sustituir aquellas unidades de trabajo de mayor impacto por otros materiales comerciales que causen menos impacto, en lugar de utilizar los valores genéricos producidos por la herramienta PREDICE. La metodología también se puede vincular a los diseños de proyectos utilizando aplicaciones de Building Information Modelling. Además, la simulación energética y los valores reales de consumo de agua podrían proporcionar una mejor comparación entre las fuentes de impacto. 6. BIBLIOGRAFÍA Allan JA (1993) Afortunadamente, existen sustitutos para el agua, de lo contrario, nuestro futuro hidropolítico sería imposible. Prioridades para la asignación y gestión de los recursos hídricos BCCA (2017) Base de Datos de Costes de la Construcción de Andalucía (BCCA). Junta de Andalucía. https://www.juntadeandalucia.es/organismos/fomentoyvivienda/areas/vivienda-rehabilitacion/planes-instrumentos/paginas/bcca-sept-2017.html Bovea MD, Powell JC (2016) Desarrollos en la evaluación del ciclo de vida aplicados para evaluar el desempeño ambiental de los desechos de construcción y demolición. Gestión de Residuos 50:151–172 CTE (2006) España MH (OMNIrio de Vivienda). Código Técnico de la Edificación. Madrid. España. EHE (2008) REAL DECRETO 1247/2008, de 18 de julio, por el que se aprueba la instrucción de hormigón estructural (EHE-08). ROYAL DECREE 1247/2008, of July 18, which approves the structural concrete instruction (EHE-08). Estadística IN de (2019) Instituto Nacional de Estadística Han MY, Chen GQ, Meng J, et al (2016) Contabilidad virtual del agua para un proyecto de ingeniería de construcción de edificios con nueve subproyectos: un caso en E-town, Beijing. J Clean Prod 112: 4691–4700. https://doi.org/10.1016/J.JCLEPRO.2015.07.048 Heravi G, Abdolvand MM (2019a) Evaluación del consumo de agua durante las fases de producción de materiales y construcción de proyectos de construcción residencial. Ciudades Sostenidas Soc 51:101785. https://doi.org/10.1016/J.SCS.2019.101785 Hoekstra AY, Hung PQ (2002) Comercio virtual de agua: una cuantificación de los flujos virtuales de agua entre naciones en relación con el comercio internacional de cultivos, informe de investigación sobre el valor del agua Serie no:11 IDAE (2011) Factores de conversión a Energía Primaria y factores de emisión de CO2 / CO2 emission factors ISO (2014) ISO 14046:2014(es), Gestión ambiental — Huella hídrica — Principios, requisitos y directrices. https://www.iso.org/ obp/ui#iso:std:iso:14046:ed-1:v1:es. Consultado el 5 de mayo de 2021 Lopes R. Silva D, Rivero-Camacho C, Rusu D, Marrero M (2022) Metodología para la mejora de la sostenibilidad de edificios industriales mediante la evaluación de la huella hídrica y la huella de carbono mediante matrices de combinaciones. Sostenibilidad 14:15297. https://doi.org/10.3390/su142215297 Martínez-Rocamora A, Solís-Guzmán J, Marrero M (2016) Hacia la Huella Ecológica de la fase de uso y mantenimiento de los edificios: Consumo de servicios públicos y tareas de limpieza. Ecol Indic 69:. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2016.04.007 Meng J, Chen GQ, Shao L, et al (2014) Contabilidad virtual del agua para edificios: estudio de caso para E-town, Beijing. J Clean Prod 68:7–15. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2013.12.045 Miguel CMG (2011) Real Decreto 1492/2011, de 24 de octubre, por el que se aprueba el Reglamento de valoraciones de la Ley de Suelo (BOE núm. 270, de 9 de noviembre). Actualidad Jurídica Ambiental Rivero-Camacho C, Marrero M (2022) Huella hídrica del ciclo de vida de los edificios: estudio de caso en Andalucía, España. En: Ren J (ed) Avances de la familia Footprint para la energía sostenible y los sistemas industriales. Springer International Publishing, Cham, págs. 135-165 Rivero-Camacho C, Martín-del-Río JJ, Marrero-Meléndez M (2023) Evolución del ciclo de vida de los edificios residenciales en Andalucía: Evaluación económica y ambiental de sus impactos directos e indirectos. Ciudades Sostenidas Soc 93:104507. https://doi.org/10.1016/j.scs.2023.104507 Ruiz-Pérez MR, Alba-Rodríguez MD, Marrero M (2022) Evaluación de la huella hídrica de proyectos de renovación urbana. Estudio de caso en Sevilla, Andalucía. Agua Res 221:118715. https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.watres.2022.118715 Solís-Guzmán J, Marrero M, Ramírez-de-Arellano A (2013) Metodología para la determinación de la huella ecológica de la construcción de edificios residenciales en Andalucía (España). Ecol Indic 25: 239-249. https://doi.org/10.1016/j.ecolind.2012.10.008 Naciones Unidas (2012) Resolución de la Asamblea General de las Naciones Unidas sobre el futuro que queremos (adoptada el 27 de julio de 2012)