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Jurado académico 2011

Presidente del JuradoFrancisco Sabatini Downey

Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile

Alan GilbertUniversidad de Londres, Inglaterra

Alfonso X. Iracheta CenecortaEl Colegio Mexiquense A.C., México

Alfonso García SantosUniversidad Politécnica de Madrid, España

Alfredo Stein HeinemannUniversidad de Manchester, Inglaterra

Analía VazquezUniversidad Nacional de Mar de Plata, Argentina

Eduardo Mario ReeseUniversidad Nacional de General Sarmiento, Argentina

Elena Jorge SierraUniversidad de Alicante, España

Enrique Orozco ArriaUniversidad Nacional Experimental del Táchira, Venezuela

Julio Calderón CockburnPontificia Universidad Católica del Perú, Perú

Martim O. SmolkaLincoln Institute of Land Policy, Estados Unidos

Montserrat Pareja EastawayUniversidad de Barcelona, España

Patricia Ávila GarcíaUniversidad Nacional Autónoma de México, México

Pedro AbramoUniversidad Federal de Río de Janeiro, Brasil

Pedro Lorenzo GalligoUniversidad Politécnica de Cataluña, España

Peter M. WardUniversidad de Texas en Austin, Estados Unidos

Priscilla Connolly DietrichcenUniversidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, México

Renato CymbalistaUniversidad de São Paulo, Brasil

René Marie Alexandre Coulomb BoscUniversidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, México

Francisco Hernández OlivaresUniversidad Politécnica de Madrid, España

Francisco Santiago Yeomans ReynaInstituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, México

Georgina Isunza VizuetInstituto Politécnico Nacional, México

Gonzalo Martínez BarreraUniversidad Autónoma del Estado de México, México

Hilda María HerzerUniversidad de Buenos Aires, Argentina

Horacio Capel SaezUniversidad de Barcelona, España

Ignacio Carlos Kunz BolañosUniversidad Nacional Autónoma de México, México

Irene Blasco LucasUniversidad Nacional de San Juan, Argentina

Jahir Rodríguez RodríguezUniversidad Autónoma de Manizales, Colombia

Juan José Gutiérrez ChaparroUniversidad Autónoma del Estado de México, México

Jurado de calidad 2011

Ariel Cano CuevasDirector General de la Comisión Nacional de Vivienda, México

Luis Foncerrada PascalDirector General del Centro de Estudios del Sector Privado, México

Javier Gavito MoharDirector General de la Sociedad Hipotecaria Federal, México

Ricardo Jordán F.Comisión Económica para América Latina y El Caribe (cepal)

Rosana Gaggiho PacharoniConsejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas, Argentina

Ruby Mejía de GutiérrezUniversidad del Valle, Colombia

Samuel Jaramillo GonzálezUniversidad de los Andes, Colombia

Sergio Manuel Alcocer Martínez de CastroUniversidad Nacional Autónoma de México, México

Sergio Vega SánchezUniversidad Politécnica de Madrid, España

Silverio Hernández MorenoUniversidad Autónoma del Estado de México, México

Tanus MoreiraPontificia Universidad Católica de Paraná, Brasil

Tito Alejandro Alegría OlazábalColegio de la Frontera Norte, México

Wiley Ludeña UrquizoUniversidad Nacional de Ingeniería, Perú

Secretaría permanente 2011

Francisco Sabatini DowneyRepresentante del Jurado Académico

Pontificia Universidad Católica de Chile, Chile

Nadiezhda de la Uz BlancoRepresentante de Sustentabilidad y Rentabilidad Social

Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para los Trabajadores, México

Rosario Rogel SalazarRepresentante del Sistema de Información Científica Redalyc

Universidad Autónoma del Estado de México, México

Rodrigo Zárate de PaulCoordinación Técnica de la Secretaría Permanente

Universidad Autónoma del Estado de México, México

Miguel Ángel Aguirre PitolAsesor de la Secretaría Permanente

Universidad Autónoma del Estado de México, México

Organización 2011

Karen Capdeville CureñoSilvia Castillo Ortega Amelia Fuentes MarínAlba Gámez MartínezLiliana García Zárate

Miguel Ángel Guerrero SámanoMartha Imelda Pacheco Palma

Edgar Gabriel Peña ValdésMiguel Torres BlancasLizeth Vilchis Carbajal

Claudia Zenteno

Gracias al apoyo de

Eduardo Aguado LópezNelson Arteaga BotelloArianna Becerril GarcíaVíctor E. Pérez OrozcoRosamaría Ortiz ChíoMayela Vázquez Ávila

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Mensaje del Director General del Infonavit

Por tercer año consecutivo, el “Premio Iberoamericano de Tesis de Inves-tigación sobre Vivienda Sustentable: Infonavit-Redalyc” se ha convertido en la oportunidad ideal para que diversos trabajos de investigación de tesis de posgrado aporten conocimientos sobre la realidad de las ciudades en Latinoamérica, enriqueciendo la estrategia institucional en materia de vivienda.

Las aportaciones de las tesis de investigación básica y aplicada, nos han permitido dar un paso más en la meta de consolidar ciudades mejores y más habitables donde los conjuntos habitacionales se integren al tejido urbano en entornos competitivos que aporten valor, fomenten la vida en comuni-dad, familias con un desarrollo pleno, buscando en todo momento estrechar lazos y unir esfuerzos ante problemáticas que nos son comunes en la región iberoamericana.

Nos complace ver cómo este concurso ha estimulado el interés por rea-lizar investigaciones sobre vivienda sustentable en México y América Latina y que las mujeres, quienes conformaron la mayoría de participación en esta convocatoria, se hicieran acreedoras a tres de los cuatro primeros lugares.

Es digno de mencionar que en esta ocasión uno de los estudios reali-zados se llevó a cabo en Xalapa, Veracruz. El análisis de la problemática de los asentamientos informales en México; la producción y uso de espa-cios públicos en barrios informales; la vivienda social de mercado: con-fluencia entre Estado, empresas constructoras y capital financiero así como el análisis del ciclo de vida de la vivienda de interés social en México, son los temas de los cuatro lugares ganadores de esta emisión. Estudios que no nos queda duda resultan de gran interés para mejorar las condiciones actuales que se viven en estos asentamientos.

18 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

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El Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para los Trabajadores (Infonavit) y la Universidad Autónoma del Estado de México, a través de su Comunidad de Estudios Territoriales Redalyc (cet) nos comprometi-mos a editar los trabajos ganadores en un esfuerzo conjunto por concretar el acceso abierto al conocimiento. En esta edición estamos innovando la presentación de estos materiales en distintos formatos electrónicos, lo que representa un cambio en la lectura tradicional al permitir acceder con un sólo toque a la información que sustenta cada trabajo. Todos los materiales son de acceso abierto para lograr una mayor y mejor difusión de los traba-jos ganadores, no sólo dentro de la comunidad científica sino al público en general.

Esperamos que esta serie continúe contribuyendo a la generación de propuestas y soluciones a la problemática de la vivienda sustentable en Ibe-roamérica, abriendo espacios de comunicación e intercambio entre institu-ciones sociales y academia, manteniendo vigente el reto de construir ciudades sustentables en los ámbitos económico, social y ecológico para impactar de manera favorable en la calidad de vida y bienestar de la población.

Víctor Manuel Borrás SetiénDirector General del Infonavit

Mensaje del Rector de la uaemex

Investigación, docencia y extensión, son las tres funciones sustantivas de toda institución académica comprometida con su entorno. Fomentar la vin-culación de estas actividades con los sectores sociales y productivos es una tarea prioritaria, pues constituye la razón de ser del conocimiento relevante. Y si bien este vínculo es indispensable, no siempre se tiene la fortuna de lograr resultados fructíferos, duraderos y, sobre todo, de excepcional valor.

Fue en el mes de noviembre de 2008 cuando se firmó un primer con-venio de colaboración entre el Instituto del Fondo Nacional de la Vivienda para los Trabajadores (Infonavit) y la Universidad Autónoma del Estado de México, con el objetivo de consolidar un sistema de información que permitiera difundir los principales trabajos académicos generados sobre estudios de vivienda y territorio de toda Iberoamérica.

Como parte de esta colaboración, se desarrolló la Comunidad de Estudios Territoriales Redalyc (cet), que busca impulsar la generación y difusión de nuevos conocimientos, métodos y estrategias de análisis sobre temáticas de interés para las ciudades de Iberoamérica. Así, en el marco de las actividades de esta Comunidad, en julio del 2009 se lanzó la primera convocatoria al “Premio Iberoamericano de Tesis de Investi-gación sobre Vivienda Sustentable: Infonavit-Redalyc” con una excelente recepción por parte de la comunidad académica.

Este premio, estamos convencidos, vino a llenar un vacío existente no sólo en el reconocimiento de los mejores trabajos de investigación sobre temas relativos a la vivienda sustentable en el ámbito Iberoamericano, sino particularmente –y acaso más necesario para nuestra región– en la difu-sión de métodos y estrategias de análisis que, las más de las veces, están condenadas al anonimato. La publicación de las tesis ganadoras es par-

20 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

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Presentación

La realidad de nuestras ciudades, y en particular sus problemas habitacio-nales, están cambiando más rápido de lo que imaginamos, haciendo de la investigación en vivienda sustentable una necesidad. Nuevos problemas, desafíos y oportunidades están surgiendo en nuestros barrios, en los mer-cados inmobiliarios, en la industria del sector, en nuestras instituciones y sistemas de gestión. La sustentabilidad social, y no tan sólo la sustentabili-dad ambiental, están en jaque en el medio urbano.

El Premio Iberoamericano en Tesis de Investigación sobre Vivienda Sustentable de Infonavit-Redalyc, que está entregando con estos libros los resultados de su tercera versión correspondiente al año 2011 –ya empeza-mos a mirarlo como una tradición—ayuda a aliviar el significativo vacío que hay en materia de investigación en este campo.

Debemos reconocer, por lo mismo, el aporte que han hecho estas dos instituciones al haber creado y reeditado el Premio, lo mismo que debe-mos nuestra gratitud a las personas que, con profesionalismo y tesón, lo sostienen día a día: Nadiezhda de la Uz, Rosa María Ortíz, Rosario Rogel, Eduardo Aguado y Rodrigo Zárate han sido sus orfebres y merecen una explícita mención.

Entre las transformaciones que sobrellevan las ciudades y que desafían nuestra comprensión, se cuentan las que han agravado los problemas de sustentabilidad social y las que han agravado los problemas de sustenta-bilidad ambiental. Los guetos urbanos y la congestión del tráfico destacan entre esas amenazas, pero hay muchas otras. También están los cambios que abren nuevos horizontes y nuevas oportunidades, muchos de los cua-les toman forma en la actividad de las personas y comunidades, en los mercados urbanos y sector inmobiliario más complejos, y en el papel más

te del compromiso de las instituciones convocantes, como también lo es desarrollar el –hasta ahora– único y más grande repositorio de tesis digita-les sobre temas de vivienda de Iberoamérica.

El acceso abierto es el denominador común de este trabajo en colabo- ración, en una región como la nuestra marcada por profundaas desigual-dades sociales, es indispensable desarrollar proyectos que brinden el más amplio acceso al conocimiento que se desarrolla en los centros de inves- tigación. El invaluable apoyo y respaldo que brinda el Infonavit, le otorga un valor adicional a este proyecto: un diálogo abierto y franco entre aca-demia e instituciones sociales, en beneficio de la población que habita las ciudades, que unos construyen y otros analizan.

En ocasión del 40 Aniversario del Infonavit, la comunidad de la Univer- sidad Autónoma del Estado de México se complace en ser parte de este esfuerzo que permite poner a disposición del público en general los cuatro libros electrónicos derivados de las tesis acreedoras a los tres primeros luga-res en la categoría “A” investigación básica, y al primer lugar de la categoría “B” investigación aplicada, como parte de la tercera emisión de este Premio que, estamos seguros, se consolida ya como uno de los principales reconoci-mientos en este campo disciplinar en la región Iberoamericana.

Eduardo Gasca PliegoRector de la Universidad Autónoma del Estado de México

22 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Presentación 23

Estos cuatro libros se suman a los seis anteriores derivados de las emi- siones 2009 y 2010 de este Premio. Con ello sumamos ya en total 10 volú-menes de la Serie.

Digno de mencionar es, también, que en esta ocasión se realice la publicación de los libros en distintos formatos electrónicos, todos de acceso abierto, haciendo posible una mayor y mejor difusión, amplia y democrática de los trabajos ganadores. El que la construcción de estos materiales haya sido pensada con tales características, revoluciona el trabajo de investigación dado que facilita la búsqueda e identificación de los contenidos, lo que permite acceder con solo dar un toque a toda la información que sustenta estas investigaciones.

Francisco Sabatini DowneyPresidente del Jurado Académico

gravitante que el Estado ha asumido, especialmente a través de programas de obras públicas que se proyectan al conjunto del espacio urbano, o de políticas de vivienda que crecen en cobertura social.

Nos debe complacer el hecho de que las tesis ganadoras en esta tercera versión del Premio nos aporten, justamente, conocimiento relevante de cara a esos desafíos: la construcción y recreación de barrios y espacios públicos por sus mismos habitantes y usuarios, la relación entre negocio inmobiliario y vivienda social, y los desafíos energéticos y de diseño que encierra la pro-ducción de vivienda social en nuestro medio.

Debemos destacar de esta tercera versión, además, el hecho de que algo más de la mitad de los postulantes hayan sido mujeres, y que tres de los cuatro premios, incluyendo el primero, haya sido justamente para ellas.

Por otro lado, el que los dos primeros premios hayan correspondido a tesis elaboradas en universidades europeas resume muy bien el propósito del Premio: más que estimular la investigación realizada en vivienda susten-table en esta región del mundo, se pretende estimular la investigación acerca de esta región. No deja de ser emblemático que la tesis que obtuvo el primer premio sea la de la británica Melanie Lombard, realizada en la Universi-dad de Sheffield uk, quien analiza la problemática de los asentamientos informales en México. Por su parte, el segundo lugar correspondió a Jaime Hernández García –colombiano de origen– quien realizó sus estudios en la Universidad de Newcastle uk, en torno a la producción y consumo de espacios abiertos en asentamientos populares. La tesis acreedora al tercer lugar, realizada por Lúcia Shimbo de Brasil, aborda una temática de crucial importancia para el mercado inmobiliario: la confluencia entre Estado, em-presas constructoras y capital financiero.

En esta ocasión, se decidió otorgar un premio específico para las tesis de investigación aplicada. Resultó seleccionado el trabajo de Elizabeth Val-dez Medina quien nos ofrece un análisis del ciclo de vida de la vivienda de interés social en México.

Introducción 27

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Por otra parte, el sector de la construcción tiene una gran influencia sobre el total de los consumos de recursos naturales y de las emisiones producidas en un país, con el consecuente impacto sobre el ambiente; manifestándose en el agotamiento de los recursos naturales, el calenta-miento global, la lluvia ácida, el esmog y la acumulación de residuos, entre otros.

Sin incluir la variable ambiental en este análisis, el panorama es muy complicado, ya que la mayor parte de los países en vías de desarrollo pre-sentan un rápido deterioro de su riqueza ambiental, poseen instituciones débiles y escasa o nula información, monitoreo y análisis ambiental. Por lo tanto, si se dieran todas aquellas circunstancias que permitieran la mitiga-ción del problema habitacional, aún quedaría por resolver la cuestión del consumo de recursos y la generación de residuos.

Es necesario buscar las alternativas constructivas más eficientes, econó-micas y adecuadas desde el punto de vista ambiental, para lograr, a partir del diseño de las viviendas, el objetivo del desarrollo sustentable y con ello mejorar la calidad de vida de los habitantes. En este sentido adquiere gran importancia la elección de los materiales que se utilizan en la construcción de las viviendas, ya que pequeñas mejoras comparativas que se obtengan pueden significar un notable impacto, al considerar la suma de material em-pleado en un edificio y la enorme cantidad de viviendas requeridas cada año.

Para ello se han desarrollado diferentes instrumentos con el fin de analizar este problema, como el “Análisis del Ciclo de Vida” (en lo su-cesivo acv) que permite llevar a cabo las evaluaciones que comprende los impactos ambientales ocurridos durante todas las etapas del ciclo de vida del sistema evaluado. Por lo tanto, sumando lo antes establecido se justifica realizar estudios que permitan cuantificar las emisiones tóxicas, desprendidas al medio ambiente, de los diferentes sistemas estructurales relacionados con la vivienda y, a partir de ello, establecer si es necesario condicionar los procesos mediante lineamientos o recomendaciones en la etapa de diseño; principalmente en lo relacionado con la forma estruc-

Introducción

Se describe la problemática de impacto ambiental en la construcción de viviendas en el Estado de México. Se utiliza el análisis de ciclo de vida y se cuantifican las emisiones tóxicas desprendidas al medio ambiente de los

diferentes sistemas estructurales relacionados con la vivienda. Se analizan y evalúan las partes de la Ingeniería Estructural referentes al diseño, comporta-miento y durabilidad en la construcción de vivienda de interés social que más impactan al medio ambiente para las cuatro principales tipologías estructura-

les convencionales en la zona centro de México.

En las últimas décadas la relación entre humanidad y medio ambiente se ha vuelto más evidente. Con el tiempo, la preocupación y la activa partici-pación de los ciudadanos en cuestiones ecológicas y del medio ambiente es cada vez más intensa. Recientemente, el vínculo de las cuestiones sociales y económicas está llevando a un nuevo paradigma llamado “sustentabilidad”.

De lo anterior, resulta clara la necesidad de realizar trabajos de inves-tigación para estimar la afectación al medio ambiente provocada por las construcciones, particularmente las relacionadas con la vivienda, con el fin de establecer parámetros en el proceso de diseño.

Las obras de ingeniería civil y, en particular, la construcción de viviendas no escapan a este panorama, pues los materiales de construcción para su fabricación consumen importantes cantidades de energía y emiten conside-rables volúmenes de contaminantes como subproductos. En esta situación se encuentran el cemento, el ladrillo (tabiques) y el acero, por mencionar algunos. Es importante considerar que al término de su vida útil, las cons-trucciones pueden representar afectaciones al medio ambiente si los materia- les no se logran reciclar o la operación de reciclaje implica un alto costo, así como grandes consumos de energía.

28 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Introducción 29

tural, los materiales componentes y sus características globales, a lo cual se le denomina “estructuración”.

En consideración con lo anterior, y para contribuir en la búsqueda de soluciones, se realizó este trabajo enfocado al estudio de cargas energéti-cas de diferentes tipologías estructurales aplicadas a la vivienda de inte-rés social, partiendo de la estimación de la vida útil y de los parámetros más significativos como son la ocurrencia de sismos y el comportamiento estructural de los materiales componentes.

El objetivo principal fue analizar y evaluar las partes de la ingeniería estructural que más influyen en el impacto al medio ambiente referentes al diseño, comportamiento y durabilidad en la construcción de viviendas de interés social para las cuatro principales tipologías de estructura conven-cional en la zona centro del Estado de México, para identificar la tipología que presente mayor durabilidad, costos reducidos y con menores índices de afectación al medio ambiente. Asimismo, se buscó establecer criterios y recomendaciones en los nuevos proyectos de desarrollo habitacional para mitigar la afectación al medio ambiente.

Esta metodología se aplicó a las viviendas de interés social de la zona centro del Estado de México, para lo cual se procedió de la siguiente manera:

1. Se identificaron los materiales de uso común en la vivienda de in-terés social, con el fin de proponer las cuatro tipologías más repre-sentativas.

2. Una vez identificados dichos materiales, se realizaron pruebas para conocer sus propiedades mecánicas y su variación.

3. Se planteó un prototipo de vivienda de interés social en la zona de estudio, para lo cual se realizó el diseño estructural analizando deta- lladamente las cuatro tipologías.

4. Con el prototipo definido y las cuatro tipologías establecidas se pro-cedió a calcular la vida útil de cada una mediante un análisis de

sensibilidad que permitió identificar la variable que más afecta en la durabilidad de cada sistema.

5. Una vez calculada la vida útil, se realizó el análisis de cargas energéti-cas que permitió comparar los beneficios de las diferentes tipologías.

En esta investigación sólo se analizó la vivienda de interés social del centro del Estado de México en su fase de estructuración. Los registros sísmi-cos utilizados para la generación de los acelerogramas sintéticos fueron de sismos con epicentro en el estado de Guerrero (localizado en el sur de la Costa Pacífico de México). Para el cálculo de la durabilidad no se tomaron en cuenta efectos de fenómenos hidrometeorológicos, ni de asentamiento y/o hundimientos.

Para alcanzar los objetivos planteados y considerando que, en términos generales, se busca la descripción de los flujos de materia y de energía con-sumidos, se tomó como marco de referencia la norma iso 14040 (Organiza-ción Internacional para la Estandarización, iso por sus siglas en inglés) que marca las principales etapas para el acv.

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Capítulo I

Antecedentes

Una parte de las viviendas en el Estado de México, se encuentra en el régi-men de propiedad en condominio. Ninguna o casi ninguna han sido diseña-das con un enfoque sustentable en su construcción, uso y posterior demolición.

El tema de sustentabilidad en la actividad constructiva ha sido estudiado desde hace varias décadas, por ejemplo, el impacto ambiental de las estruc- turas de concreto reforzado (Glavind, 2005); pero se ha aplicado prin-cipalmente en los países que cuentan con normativas muy estrictas al respecto. En México ha sido poco el trabajo de investigación y sus apli-caciones. Actualmente el logro de construcciones sustentables puede refle- jarse en ahorros económicos y en el mejoramiento de la calidad. La industria y el ambiente, serán beneficiados al incorporar en los procesos los conceptos de sustentabilidad y, de forma conjunta, la sustentabilidad y la durabilidad.

32 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. i | Antecedentes 33

cuidado al medio ambiente y la durabilidad de las construcciones deben considerarse juntos.

Sin embargo, hay pocos trabajos con relación a cómo tomar en cuen-ta al medio ambiente en el comportamiento y diseño de las estructuras. Por ejemplo, Struble (2003: 25) estudió trabes de concreto reforzado y de acero por medio del programa Athena, con el hallazgo que la trabe de concreto reforzado implica menor impacto al medio ambiente que la de acero para igualdad de condiciones geométricas y de carga. Por otro lado, Pooliyadda y Días (Pooliyadda y Dias, 2005) estudiaron la relación de la energía de construcción y la energía de operación anual, y reportaron que para climas fríos esta relación se encuentra entre 3 y 6, en climas templados entre 9 y 12 y en climas tropicales entre 15 y 30. Se concluye así que la energía implícita en la construcción (embedded energy) resulta muy importante en zonas donde no se usa el aire acondicionado o su uso es restringido. Se encontró también que los sistemas estructurales de con-creto reforzado o presforzado tienen menor demanda energética que las estructuras metálicas. Con lo anterior se concluye que deberían utilizarse las estructuras de concreto reforzado en lugar de las de acero, sin embargo, los resultados hasta ahora encontrados no son suficientes.

Por otra parte, en Estados Unidos (Bowyer, 2001) se han desarrollado trabajos con base en el acv para establecer el impacto ambiental de tipolo-gías de vivienda, sobre todo de madera, utilizadas en ese país, y los resulta-dos se comparan para varias regiones geográficas considerando los diversos procesos constructivos. Aunque los resultados son útiles no son aplicables en México por tratarse de tipologías estructurales desiguales, aunado a que la energía de operación y mantenimiento es diferente en estos países.

Al tomar en cuenta la metodología del acv conviene recuperar lo esta-blecido por Struble (2003: 25)

El análisis de ciclo de vida (acv) es un proceso objetivo para evaluar las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad, identi-

Lo anterior permite resumir que, la aplicación adecuada y rigurosa de los conocimientos de ingeniería estructural y de construcción –como los materiales de propiedades mecánicas adecuadas, durables y de bajo impacto ambiental, el estudio del comportamiento estructural esperado y, princi-palmente, la prevención de daños por medio de un mantenimiento efec-tivo–, dan lugar a construcciones durables, seguras y de menor afectación al medio ambiente. Por el contrario, una construcción mal diseñada y mal construida, repercute en una disminución de la vida útil, mantenimiento costoso y, por lo tanto, mayor afectación al medio ambiente.

A nivel mundial se han realizado varios trabajos de las repercusiones ambientales en los procesos de fabricación de los materiales, principal-mente en la producción de cemento, y se han definido cementos “verdes” como aquellos con inclusiones de materiales naturales que reducen los con- sumos de energía y las emisiones de bióxido de carbono (CO2). Algunos de los trabajos que se consideran representativos han sido publicados por Li (2003) y Naik (2005: 12). En este último se establece que antes de hacer cualquier construcción, todos los aspectos de los materiales de construcción deben ser evaluados, incluyendo aquellos relacionados con la afectación al ambiente, y se asegura que el uso de cementos mezclados y aditivos quí-micos debe incrementarse para lograr la sustentabilidad de la industria del cemento y del concreto.

También se estudiaron trabajos enfocados al reciclado de los materiales y la reutilización de los subproductos. Jones (2005) propone la utilización de productos de demolición en la fabricación de bloques para su uso en construcciones de mampostería. En cambio, (Whyte, 2005) sugiere una guía práctica en la determinación de “mejores opciones para soluciones ambientales” para el uso de desechos de demolición.

En la Universidad Tecnológica de Delf (Hendriks, 2005) se han desa-rrollado varios procedimientos para determinar el grado de sustentabilidad y se establece que la idea básica es que los conceptos relacionados con el

34 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. i | Antecedentes 35

Universidades como el Instituto Politécnico de Madrid (Cardim, et al. 2000) y la Universidad Nacional del Nordeste (Bannon, C.A., 1995), en-tre otras, han desarrollado investigaciones a nivel doctoral, en las que se abordan temas relacionados con el reciclaje y reutilización de residuos de construcción y demolición, con el fin de conocer la procedencia, volumen, composición general y destino de los mismos; todo esto aplicado a vivienda y obra civil.

La Agenda de la construcción sostenible, es un compendio de trabajos, realizado en España, referentes al acv con enfoque en el sector de la cons-trucción, uno de los temas clave es el de los “materiales y ciclo de vida de los edificios”, donde trata acerca de las edificaciones más comunes en España, así como los materiales más usados en esa zona, dado que dichos trabajos contienen matices con referencia local sería difícil aplicar estos resultados a México, pero la información proporcionada es útil en térmi-nos de metodología.

Aunque se consultaron más trabajos realizados en diferentes zonas, su aplicación en México no es factible, particularmente en el caso de la vivien-da de interés social en el Estado de México. Por lo que la preocupación por la carencia de información adquiere importancia nacional, derivado de lo anterior el Consejo Nacional de Ciencia y Tecnología (Conacyt) y el Con-sejo Nacional de Vivienda (Conavi), emiten convocatorias para promover la mitigación de dicha carencia. La investigación que aquí se presenta tiene como objetivo el estudio de los procesos de fabricación, las emisiones con-taminantes provenientes de las fases de construcción, los materiales utili-zados en la región, entre otros, para tratar el análisis de cargas energéticas y el análisis de ciclo de vida, de tal manera que los resultados puedan ser aplicados al Estado de México, (ubicado en el centro de México, colindante al norte con los estados de Querétaro e Hidalgo, al sur con Morelia y Gue-rrero, al este con Tlaxcala y Puebla y rodea al Distrito Federal).

ficando y cuantificando el uso de materia y energía así como los residuos que genera. El estudio del análisis de ciclo de vida tiene en cuenta las etapas de: extracción y transformación de materias primas; producción, transporte y distribución; uso, reutilización, mantenimiento, reciclado y disposición final del residuo.

Este tipo de investigaciones se iniciaron a principios de la década de los años setenta y fueron motivados fundamentalmente por las crisis del petróleo. Se llevaron a cabo diversos estudios energéticos en los que se valoró la eficiencia de determinadas fuentes de energía. Más adelante se incorporaron nuevos conceptos como el consumo de recursos naturales, emisiones atmosféricas, emisiones al agua o la generación de residuos, entre otros.

Existen normas de carácter voluntario para realizar un estudio de acv. Se trata de normas de ámbito internacional. En este contexto, la Organi-zación Internacional para la Estandarización (iso) fue invitada a participar en la Cumbre de la Tierra organizada por la Conferencia sobre el Medio Ambiente y el Desarrollo, en junio de 1992, en Río de Janeiro, Brasil. Ante tal acontecimiento, iso se compromete a crear normas ambientales internacionales, denominadas, iso 14000.

Las normas iso referentes al acv –más representativas con repecto a este tópico– son:

• iso 14040: 1998 “Gestión medioambiental, acv, principios y es-tructura”

• iso 14041: 1998 “Gestión medioambiental, acv, definición del objetivo y alcance y el análisis de inventario”

• iso 14042: 2000 “Gestión medioambiental acv-lcia (life cycle im-pact assessment)”

• iso 14043: 2000 “Gestión medioambiental, acv-icv Interpre-tación del ciclo de vida”

36 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. i | Antecedentes 3736

• La falta de regulaciones por parte de las instancias gubernamentales, que no van más allá de la ayuda en la gestoría del financiamiento, la infraestructura y la simplificación administrativa.

• La carencia de normatividad que indique qué hacer y cómo hacer una edificación bien diseñada en lo referente a la construcción sus-tentable.

En este aspecto, el vacío normativo que existe se ha convertido en un impor- tante impedimento para lograr una vivienda de calidad y ecológicamente sus-tentable, pese a la voluntad y empeño de los promotores y constructores.

Por lo que de acuerdo al informe de la Comisión Mundial Sobre Medio Ambiente y el Desarrollo (wced), presentado en 1987 a la Asamblea General de las Naciones Unidas, incluida en el llamado informe Brundt-land, la definición de “desarrollo sustentable”, que con mayor frecuencia se refiere:

“Donde hay desarrollo sustentable es donde se establece que la vida humana puede continuar indefinidamente en el planeta para mantener tres dimensiones fundamentales: que la gente pueda progresar (dimensión económica), que las culturas se pueden desarrollar (dimensión social) y que las actividades respeten los límites con el fin de no destruir la diversidad y la vida de los sistemas (dimensión ecológica).”

La masificación que ha experimentado la construcción de vivienda de interés social en los últimos años, la ha convertido en una de las actividades más importantes de la industria de la construcción a nivel nacional, por lo que es esencial centrar la atención en este rubro. Para poner en contexto la respuesta del sector de la construcción, la sustentabilidad en viviendas de interés social debe incluir, al menos, el uso racional de los recursos y la energía, la consideración de los impactos ambientales, la minimización de los residuos, y la creación de ambientes saludables y cómodos, sin que esto implique un sobrecosto.

Problemática en México

En las últimas décadas, la relación entre la humanidad y el medio ambiente se ha hecho más fuerte. Uno de los problemas mundiales es que la interre-lación entre el medio ambiente y los sectores productivos no se encuentra equilibrada, lo que implica una degradación progresiva del medio ambiente con consecuencias irreversibles, en algunos casos y, en otros, catastróficas.

Este panorama no es ajeno a México. Por ejemplo, de alrededor de dos millones de viviendas que hay en el Estado de México, más de la mitad se encuentran en el régimen de propiedad en condominio. Se trata de cinco mil conjuntos en condominio que suman más de un millón de viviendas (inegi, 2008); de las cuales la mitad son consideradas de interés social, y ninguna o casi ninguna han sido diseñadas con un enfoque sustentable desde su construcción, hasta su uso y su posterior demolición.

El problema se agrava debido a que del millón de familias que viven bajo el régimen de condominio, la mitad no percibe ingresos suficientes para el mantenimiento sustentable de sus viviendas, cuando esto implica un gasto extra. Lo cierto es que cada vez es mayor el deterioro en los conjuntos habitacionales de viviendas de interés social y la vivienda en general, donde la mayoría de los habitantes desconocen sus derechos y obli-gaciones; por lo que es importante aplicar políticas de mantenimiento para mejorar la calidad de vida en esos conjuntos, y por lo tanto incrementar la vida útil de dichas construcciones.

Lo anterior es un ejemplo de la problemática tan amplia en relación con la vivienda, cuyo examen minucioso sale de los alcances de este texto, sin embargo, sí se puede mencionar puntualmente otros problemas que afectan a la vivienda de interés social en México entre los que destacan:

• Deficiencias de proyecto, uso de materiales de dudosa calidad, pro-cesos constructivos mal ejecutados, baja calidad de la mano de obra y la escasa o nula supervisión en el control de calidad.

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38 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

Capítulo II

Caracterización de la vivienda de interés social

Las autoridades y los desarrolladores deben conocer los aspectos que afectan al medio ambiente y el ciclo de vida de los materiales así como su comporta-miento en el tiempo de uso. Se exponen las características de las viviendas de

interés social y los criterios para la construcción sustentable.

Construcción sustentable

Existen varias descripciones de desarrollo y construcción sustentable. Sin embargo, para identificar la contribución del sector de la construcción al desarrollo sustentable es inevitable establecer una base para dicha defini-ción como referencia para este estudio.

Una de las definiciones con mayor aceptación es la propuesta por Kiberth (1994: 25) que establece que la construcción sustentable es

El enfoque de la sustentabilidad para el sector de la construcción pro-pone la planificación, diseño, mantenimiento, construcción y demolición, selección de los materiales de construcción, ciclo de vida de los materiales y los principales impactos ambientales.

40 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 41

La fabricación de los productos utilizados en la construcción y su trans-porte consumen energía, la generación de emisiones llevan al calentamiento global y la lluvia ácida, y los problemas en los drenajes pueden surgir de residuos de construcción sólida. Es de destacar que 55% de la madera producida es para la construcción, y 40% de los materiales usados en los edificios se extraen directamente de la tierra por la excavación de superficie o técnicas de minería subterránea (inegi, 2000). Muchos de los materia-les requeridos son producidos a partir de minerales, por lo que grandes cantidades de materia prima deben ser excavadas y, al mismo tiempo, es necesario un consumo elevado de energía para refinarla (como es el caso de la producción del cemento).

El procesamiento del mineral refinado requiere aportaciones adicionales de energía y, el proceso tanto de fabricación como de construcción, puede tener efectos medioambientales adversos como la emisión de contaminantes en la atmósfera y el vertido de desechos tóxicos en las corrientes de agua.

Para poder facilitar el flujo de materia a través de las distintas etapas del sistema productivo y de consumo, es importante que los productos manu-facturados incorporen en la fase de diseño los requerimientos necesarios para permitir el cierre del ciclo de la materia, el diagrama más usado para representar este proceso es el que se muestra en la Figura 1.

El concreto y los morteros suman las virtudes y defectos de componen-tes como los minerales, los conglomerantes y el agua. La creciente utiliza-ción de aditivos permite realizar ahorros en algunos de los componentes citados, aunque éstos también tienen efectos negativos. Las posibilidades de utilizar minerales reciclados reducirá en el futuro el impacto de dichos materiales. Para los residuos de estos materiales lo más indicado es reutili-zarlos en la misma obra como relleno.

Como ya se comentó, las edificaciones afectan significativamente al medio ambiente. Los impactos negativos provienen, en primer lugar, de la construcción, pero también del uso, mantenimiento o renovación y pos-terior demolición. Por ejemplo, la extracción de materias primas puede

“la manera de crear y mantener un sano y responsable entorno construido, teniendo en cuenta los principios ecológicos (para evitar los efectos ambientales) y el uso de recursos de manera eficiente”. Esto se puede interpretar al establecer que la construcción no debe dañar la salud de los habitantes en general, además de haber responsabilidad para enterarse qué aspectos afectan al medio ambiente. Lo que abarca una amplia variedad de cuestiones relacionadas con la sustentabilidad, y por lo tanto, es una tarea difícil de cumplir. En cuanto a lo relacionado con el tema del presente trabajo, más adelante se desarrollarán conceptos para identificar los crite-rios técnicos que servirán para evaluar los efectos ambientales.

Criterios sustentables y principio de sustentabilidad

La calidad de la construcción puede ser mejorada mediante la aplicación de criterios sustentables para el proceso de selección de materiales. Así, los cri-terios generales para un proyecto sustentable en la construcción son: reducir al mínimo el agotamiento de recursos y la prevención de la degradación del medio ambiente, proporcionando un entorno saludable a la edificación. Entre los principales criterios que debe seguir una construcción sustentable están:

• Conservar y racionalizar el uso de la energía: Maximizar los recursos y minimizar el uso de los recursos/consumo.

• Renovar/reciclar: Utilizar materiales renovables y/o reciclables. • Protección de la naturaleza: Proteger el medio ambiente natural

(aire, suelo, agua). • No tóxicos: Crear un medio ambiente saludable, no tóxico.

En esta lista sólo se consideraron aquéllos que son necesarios para la sele- cción de materiales de construcción en el marco conceptual de algunos de los principios más relevantes de la sustentabilidad, con la asistencia de métodos de evaluación.

42 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 43

Palomas, Las Margaritas, Infonavit San Francisco e Infonavit San Gabriel), y Toluca (donde se incluyó La Crespa, que cuenta con varios subconjuntos habitacionales, de los cuales se encuestaron Casas Geo y las casas que se encuentran en la Calzada de las Arboledas).

En la Figura 2 se muestra la fachada de una casa tipo que corresponde a la unidad habitacional La Crespa, que a pesar de no estar ubicada en la misma zona, se observa cómo la construcción tiene rasgos arquitectónicos y estructurales muy similares al resto de los conjuntos encuestados. Por lo que se tomaron las características más comunes en el total de las casas analizadas, lo que posibilitó las condiciones para establecer un prototipo de vivienda.

Los conjuntos habitacionales cuyos habitantes se encuestaron, se sele- ccionaron de manera que representaron una muestra confiable para la variable de interés (materiales que conforman los muros de la vivienda); dicha variable representa una característica cualitativa, más que cuanti-tativa, por lo que se establece un intervalo de confianza de la proporción muestra, como se expone en la ecuación•1 (Cochran, 1977: 55)

Pr ! − ! ≥ ! = !  

•Se considera que la distribución muestral de la proporción de la población está distribuida aproximadamente en forma normal con la media. En don-de la estimación de la proporción muestral (p), está en proporción con p y puede diferir de la real (P) en una cantidad que no excede de 0.044, para un tamaño de muestra (N) de 200 casas, se aplica la ecuación•2 (Cochran, 1977: 52)

! =!!

1+ (!! − 1)/!  

•

conducir al agotamiento de los recursos y pérdidas en la biodiversidad. En el siguiente apartado se detallan dichos impactos para los materiales usados en la zona de estudio.

Figura

Principales materiales utilizados en las viviendas de interés social en el Estado de México

En este trabajo fue esencial conocer cuáles son los materiales predominan-tes en las viviendas de interés social. Para lo cual se realizaron encuestas a habitantes de 200 casas en algunos fraccionamientos ubicados en distintos municipios de el Estado de México como Almoloya de Juárez, Jilotepec, Calimaya, Metepec (en donde se visitaron desarrollos urbanos como: Las

44 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 4544

Si se aplica la ecuación•2 para los datos existentes y se despeja de la ecua-ción•1, el nivel de confianza se calcula para cada material como se muestra en la Tabla 1, tomando un tamaño muestral de 200 casas para todos los casos.

De acuerdo a los valores de la Tabla 1 se puede establecer un nivel de confianza de 87.90% para el caso más desfavorable, que corresponde al tabicón. Dicho nivel de confianza se consideró adecuado para los propó-sitos de este trabajo.

TablaEn las encuestas realizadas no sólo se tomaron datos del tipo de material, sino también otros factores que influyen en la vida útil de la estructura. Cabe mencionar que gracias a este estudio fue posible identificar las carac- terísticas generales de la vivienda de interés social, lo que permitió es-tablecer un prototipo de vivienda, que representa de forma adecuada la vivienda de interés social en el Estado de México.

Figura

46 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 47 47

GráficaDe acuerdo a las encuestas realizadas, el total de las viviendas cuenta con losa maciza de concreto reforzado en entrepisos y azoteas, la estructuración es principalmente a base de muros de carga y la configuración general de la planta es más bien rectangular. En cuanto a la superficie de construcción se encontró que 79% de las viviendas cuentan con menos de 100 m2 de terreno, como se muestra en la Gráfica 3; además 50% fueron construidas entre los años 1989 a 2005, por lo que se puede concluir que en su mayoría se trata de construcciones actuales, como se detalla en las Figura 4, Figura 5 y Figura 6 mostradas más adelante.

A continuación se enlistan otros parámetros incluidos en las encuestas que son importantes para definir la vulnerabilidad de las viviendas:

• Edad aproximada • Grado de conservación

En la Gráfica 1 se presentan los porcentajes de materiales que con-forman con más frecuencia los muros de las viviendas; donde se observa que el material más usado es el tabicón. Uno de los materiales que no está incluido dentro de esta lista es el adobe; sin embargo, dentro del estudio de los materiales se incluye por ser un material que consume muy poca energía y, por su origen y forma de fabricación, tiene mínimos niveles de emisiones tóxicas al medio ambiente, como se analizará más adelante.

GráficaEn cuanto a la cimentación, se puede decir que de las viviendas encues- tadas 52% cuentan con zapatas corridas de mampostería, 36% tienen losa de cimentación, mientras que 4% de las viviendas cuentan con zapatas aisladas, como se observa en la Gráfica 2.

48 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 49 49

GráficaPara analizar el grado de conservación de la vivienda se estableció como criterio que se observaran a simple vista los elementos estructurales, analizando qué tan dañados se encontraban; así como si existían fisuras en la losa o en los muros de carga, de lo cual se pudo establecer que más de 50% de las viviendas cuentan con un grado de conservación aceptable y se encuentran en muy buen estado, como se muestra en la Gráfica 5.

En cuanto al número de niveles construidos se observó que 74.7% de las viviendas cuentan con uno o dos niveles considerados en el proyecto original, estos porcentajes se muestran en la Gráfica 6. Para los casos de tres o más niveles, como se registra más adelante, son producto de adapta-ciones o modificaciones hechas al proyecto original.

• Número de niveles• Daños visibles• Modificaciones hechas a la vivienda no contempladas en el proyecto

original• Irregularidades típicas que se presentan en la vivienda

GráficaDe acuerdo con las encuestas la mayoría de las casas tienen menos de 30 años de uso. La edad aproximada de la vivienda se muestra en la Gráfica 4, donde la media en este parámetro es de 20-25 años, el valor promedio, que es de 12.95 años, no puede tomarse como representativo para el grueso de los datos, porque si se observa el rango de 10-15 años, presenta un bajo porcentaje de viviendas construidas en esos años.

50 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 51

Entre las principales modificaciones hechas a las viviendas de interés social están los pisos adicionales, donde en 13.2% de las viviendas encuestadas se ha realizado esta modificación. 71.9% de las casas estudiadas registran modificaciones como aberturas para puertas y agrandamiento de ventanas o alteraciones de los muros internos, sin que exista demolición total de los mismos. Estos indicadores se muestran en la Gráfica 7.

Se registró, como producto de la observación, que 83.7% de las casas encuestadas presentan algún tipo de agrietamiento mayor a 0.01 mm en muros o losas, mientras que 16.3% no presenta ningún agrietamiento de-tectado, o éste es menor a 0.01 mm. La mayor parte de las construcciones no muestra deterioros que pudieran catalogarse como severos, los princi-pales daños encontrados son los que se muestran en la Gráfica 8.

Gráfica

Gráfica

Gráfica

52 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. ii | Caracterización de la vivienda de interés social 53 5352

GráficaDerivado de lo anterior se propone analizar una casa prototipo adaptada con la contribución del Dr. Marcos Mejía López, como la que se muestra de forma general en la Figura 3. El estudio detallado del prototipo se pre-senta en los capítulos siguientes, adelantando que el análisis se realizó con los materiales identificados como más comunes, producto de los resultados de las encuestas, en la construcción de la vivienda de interés social. De esta manera se define un sistema estructural para cada tipo de material, estos sistemas serán estudiados en el presente trabajo.

Más adelante se analizarán los procesos e insumos requeridos para la fa-bricación de los materiales más usados en la vivienda, así como la identifi- cación de las etapas donde las emisiones generen altos grados de toxicidad.

GráficaDentro de las irregularidades que pueden causar incremento en la vulne-rabilidad de las estructuras se encontró que 46% de las casas encuestadas presentan discontinuidad en castillos, no forman marcos y pueden presen-tar cambios de rigidez originados por la existencia de un número mayor de muros en la parte superior con respecto a la planta baja.

El piso débil se presenta en 35% de las casas encuestadas y se origina por la existencia de cocheras amplias y/o espacios destinados a sala-comedor que no presentan divisiones entre esas dos funciones, por lo que delimitan en gran medida la existencia de elementos estructurales en estas zonas; en la mayoría de los casos se presentan muros en las colindancias, que pudieran aportar rigidez adicional a la estructura, pero en 12% de las casas evaluadas se determinó que dichos muros no están ligados correctamente a la cimentación. En la Gráfica 9, se muestran las principales irregularidades que podrían ocasionar un decremento de la resistencia de la estructura.

55

54 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida54

Capítulo III

Análisis de materiales

Se realizan pruebas para conocer las principales características mecánicas de diferentes materiales de construcción usados en la producción de viviendas de interés social y se resumen los procesos utilizados en la fabricación. Se explica cómo se fabrica cada material y se reportan los resultados para las

pruebas de compresión.

Para conocer el proceso constructivo de los materiales usados en la mampos-tería se acudió a las comunidades en donde se fabrican, así mismo se les reali-zaron pruebas con el fin de conocer sus principales características mecánicas.

El acv de los materiales que conforman la vivienda, implica conocer los procesos de fabricación a detalle, así como las materias primas compo-nentes, estableciendo todo el proceso perfectamente, de tal manera que se reflejen las prácticas locales; lo anterior con el propósito de establecer un modelo en el programa Sima Pro 0.7 el cual se basa en el método de Buil-ding for Environmental and Economic Sustainability (bees, por sus siglas en

Figura

56 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 57 57

Tabique de barro rojo recocido

Primero se realiza la operación conocida como “tendido”, en donde se mezclan todas las materias primas (barro rojo 7m³, tierra 7m³ y agua 5m³) hasta lograr una consistencia espesa, pero uniforme.

Posteriormente se realiza el “labrado”, que consiste en dar la forma de prisma rectangular con moldes de madera, utilizando la mezcla preparada anteriormente.

Se realiza el “fraguado”, que consiste en dejar secar durante toda la no-che el producto elaborado.

Ya que están secos, se acomodan de forma vertical en el horno para su cocción. Por último se prenden los calentadores del horno, si éste tiene la capacidad de 70 millares; se emplean aproximadamente dos tambos de combustible o aceite industrial.

• La flama genera presión, que es aliviada por los “respiraderos” del horno.

• La cocción del tabique se lleva a cabo a una temperatura de 800 grados centígrados, que se controla de acuerdo a la experiencia del operador.

• La cocción del tabique tarda aproximadamente 2 horas a partir del momento en que el horno ya está caliente.

• El último paso es el aireamiento del tabique y, al concluir, el pro-ducto se encuentra listo para ser cargado y vendido al público.

Adobe

Se cierne la tierra (7 m³) en mallas, de forma manual. Una vez cernida la tierra se le agrega una cantidad proporcional de agua (160 L), batiéndose de manera contínua.

inglés), realiza el análisis de cargas energéticas, por lo que resulta necesario presentar un resumen de los procesos que se utilizan en la fabricación de los insumos requeridos en la construcción de vivienda de interés social.

A fin de conocer el proceso de elaboración de cada uno de los materiales escogidos, con base en las encuestas realizadas, se visitaron varios sitios don-de son fabricados en el Estado de México. Uno de ellos fue la comunidad de San Bartolomé Tlatelulco, perteneciente al municipio de Metepec, donde se obtuvo la información correspondiente al tabique de barro rojo recocido. Para observar el proceso de fabricación del adobe se visitó la comunidad de Ocotitlán, ubicada en el municipio de Metepec. En el caso del block y del tabicón se visitaron varias empresas de materiales como la “De la luz”, en la comunidad de San Miguel, municipio de Almoloya de Juárez. No se incluyó una planta de producción industrializada de tabicón al considerar su escaso uso en la vivienda de interés social. Los procesos de fabricación e insumos requeridos se resumen a continuación.

Tabicón

Se revuelve el tepojal (9 m³), el cemento (17 bultos) y el agua (si el tepojal está húmedo se emplea ¼ de litro, y si está seco se emplean de 2 a 3 litros de agua) hasta conseguir una consistencia parecida a la del concreto, a esta mezcla se le llama “revoltura”, la cual se junta en botes y se tiran en la blo-quera, este es el nombre común de la máquina que se encarga de realizar la compresión de la mezcla, dando la forma final del tabique o del tabicón.

La bloquera tiene capacidad para fabricar 3 tabicones por cada opera-ción de compresión, que va acompañada por un movimiento de vibración.

Al terminar la compresión se sacan las piezas y se colocan en tablas im-pregnadas con aceite quemado de automóvil, para evitar que se peguen.Se secan las piezas a la sombra durante tres días y después de este tiempo el pro-ducto está listo para ser transportado en camiones para su venta al público.

58 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 59 59

Pruebas realizadas a los materiales

Resistencia de los materiales elaborados en el Estado de México

Con el objeto de estimar características mecánicas que sean representativas, se dan a conocer los resultados de pruebas sobre materiales muestreados en la zona de estudio. Con estos resultados se realizó el diseño estructural del prototipo propuesto a base de muros de carga que incluye la resistencia ante cargas verticales, laterales y momento.

Morteros

Prueba de mortero a la compresión

Los materiales utilizados para la elaboración del mortero fueron arena fina y cemento de albañilería. Las proporciones de la mezcla se obtuvieron por medio del peso del cemento de albañilería, el volumen de arena y de agua utilizada, la proporción alcanzada fue 1:3. De la mezcla resultante se tomaron muestras para tres cilindros, utilizados en la prueba a compre-sión. Cuando los cilindros alcanzaron 28 días de edad, se cabecearon y fueron sometidos a ensaye. En la Gráfica 10 se muestran los resultados de la resistencia a compresión en kg/cm² de los cilindros ensayados en el labo-ratorio, obteniéndose una resistencia promedio de 56.91 kg/cm² (Mortero tipo iii de acuerdo con la clasificación de las ntcdcem) para los diferentes morteros utilizados.

Se le agrega el zacatón (2 m³) y se sigue mezclando, la consistencia lograda debe ser bastante espesa.

Se labra en las adoberas (cajones de madera).Se deja “orear” o “fraguar” a la sombra, si se hace en el sol se corre el

riesgo de que el adobe se rompa, este proceso dura un día completo.Al otro día se saca de la adobera y se pone “de canto” esto hace que el

adobe “amarre” y no se fracture, este paso dura otro día. El secado de los adobes se realiza en la sombra para evitar que los fac-

tores ambientales puedan dañar su consistencia durante el secado.Al tercer día el adobe se encuentra en perfectas condiciones para ser

cargado y vendido al público.

Piezas cerámicas

Preparación de la masa cerámica: se seleccionan minerales compuestos por óxido de silicio (Si), aluminio (Al), calcio (Ca), magnesio (Mg), sodio (Na) y potasio (K) unidos con carbono, boro, silicio, hidruros, sulfuros y seleniuros. Los minerales son sometidos a operaciones de cribado, lavado, decantación y desecación, dependiendo la cantidad y tipo de impurezas que se encuentren en cada yacimiento.

Modelado: los minerales mezclados con agua dan origen a una masa plástica que puede modelarse en la forma deseada mediante extrusión; desecando el producto después de su modelado, la plasticidad disminuye gradualmente al reducirse la cantidad de agua.

Cocción: al someterse las piezas desecadas a una cocción adecuada las propiedades plásticas desaparecen ya que los compuestos químicos son unidos por enlaces covalentes e iónicos con el oxígeno a través de una compleja serie de reacciones y transformaciones propiciadas por la temperatura alcanzada, logrando un material con características propias de dureza y resistencia.

60 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 6160

Donde: f-

p Media de la resistencia a compresión de las piezas, referida al área bruta.y Cp Coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las piezas.El valor de Cp utilizado en todos los casos no debe ser menor a 0.35 por ser piezas de producción artesanal.Resultados de las pruebas

Pilas

Las pilas fueron conformadas por tres piezas sobrepuestas. La relación altura a espesor de la pila fue comprendida entre dos y cinco; las pilas fueron ensayadas a la edad de 28 días.

La determinación se realizó con un total de 25 pilas para cada material, construidas con piezas provenientes de al menos tres lotes diferentes del mismo producto.

El esfuerzo medio obtenido, calculado sobre el área bruta, se corrigió para cada material multiplicándolo por los factores de la tabla 2.5 de las Normas Técnicas Complementarias para el Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería (ntcdcem, 2004). La resistencia de diseño a compresión se calculó con la ecuación•4:

!!∗ =!!

1+ 2.5!!  

•Donde:

f-m Media de la resistencia a compresión de las pilas, corregida por su

relación altura a espesor y referida al área bruta.y Cm coeficiente de variación de la resistencia a compresión de las pilas de mampostería, que en ningún caso fue inferior a 0.15.

GráficaPiezas

La prueba de resistencia a compresión se determinó para cada tipo de piezas de acuerdo con el ensaye especificado en la Norma nmx-c-036. Para el diseño, fue empleado un valor de la resistencia f *

p , medida sobre el área bruta, que determina como valor alcanzado por el 98% de las piezas producidas.

Para obtener la resistencia de las piezas, se manejó una muestra de 100 piezas de cada material, tomadas de tres lotes diferentes. La resistencia de dichos elementos fue considerada como normalmente distribuida, y para calcular la resistencia de diseño se usó la ecuación•3:

!!∗ =!!

1+ 2.5!!  

•

62 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 63 63

TablaDe acuerdo con la resistencia obtenida, el adobe que se comporta de mejor manera es el que se industrializa en Metepec, con una resistencia de 4.63 kg/cm², mientras que para los otros casos la resistencia no sobrepasa los 3 kg/cm².

Tabique de barro rojo recocido

En la Gráfica 12 se muestran esfuerzos medidos en kg/cm² así como los resultados de la resistencia a compresión de piezas de tabique de barro rojo recocido, la resistencia nominal f *

p calculada tiene un valor de 45.47 kg/cm² con una desviación estándar de 24.744 kg/cm².

En la Tabla 3 se muestran esfuerzos medidos en kg/cm² y un resumen de los resultados obtenidos de las pruebas realizadas a las pilas de mampostería de piezas de tabique rojo de barro recocido, así como los valores de f *

m ob-tenidos con la aplicación de los criterios que indica el reglamento aplicable.

Resultados de las pruebas

Adobes

En la Gráfica 11 se muestra la carga aplicada a las piezas en kg y se presentan los resultados de los ensayos realizados para determinar las propiedades mecánicas de las piezas de adobe.

La resistencia de diseño se determinó a partir de muestreos de la producción de los adobes. Se probaron cinco piezas de adobes artesanales de Valle de Bravo y nueve piezas de adobes industrializados en Metepec, cinco de San Miguel Totohuitlapilco (todas estas localidades están ubicadas dentro del Estado de México) tomadas al azar de los lotes de producción, en la Tabla 2 se muestran esfuerzos medidos en kg/cm² y los resultados de la prueba a compresión en pilas.

Gráfica

64 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 65 65

Tabicón

En la Gráfica 13 se muestran esfuerzos medidos en kg/cm² y los resultados de las pruebas a compresión de piezas simples de tabicón de concreto, obteniéndose una resistencia nominal f *p de 21.92 kg/cm² y una desvia-ción estándar de 7.819 kg/cm².

En la Tabla 4 se muestran esfuerzos medidos en kg/cm² y un resumen de los resultados obtenidos de las pruebas realizadas a pilas construidas con piezas de tabicón de concreto, así como todos los datos que se requieren para determinar la resistencia nominal (f *

m ), con el criterio especificado por el reglamento aplicable.

Gráfica

Gráfica

Tabla

66 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iii | Análisis de materiales 6766

• Se cumple con el objetivo particular sobre la determinación de la resistencia a compresión de piezas, así como la resistencia a com-presión de las pilas de los diferentes materiales basadas en las ntc (2004) en el apartado de diseño y construcción de estructuras de mampostería del rcdf.

• Se obtuvieron valores de resistencia a compresión que se ocuparán en los siguientes temas y, que además, podrían servir como indi-cadores para otros estudios e inclusive como referencia para quien desee construir usando estos materiales.

• Debido a la variabilidad y composición de las arcillas del Estado de México, la resistencia que se alcance para otro tipo de arcilla será probablemente diferente a la obtenida en esta investigación.

Gráfica

TablaEl resumen de los resultados más significativos de todos los materiales considerados se muestra en la Gráfica 14, estos datos se utilizaron para la realización del análisis estructural y su posterior aplicación en el análisis de Montecarlo, aspectos que se tratarán en los siguientes apartados.

Después de realizados los estudios se identificaron los materiales con ma-yor uso en la construcción de viviendas y se presentaron sus principales com-ponentes y procesos de fabricación, también se señalaron aspectos básicos de lo que se espera de estos materiales al considerar su efecto medioambiental. Toda esta información resultó de mucha utilidad, como se puede observar que los resultados obtenidos cumplen con las disposiciones de las Normas Técnicas de Construcción del Estado de México (ntcdcem, 2004) del Reglamento de Construcción del Distrito Federal (rcdf), además se pueden señalar algunas observaciones adicionales:

69

Capítulo IV

Análisis de caso

Se propone un prototipo representativo de la vivienda de interés social. Se establecen aspectos reglamentarios de la estructuración y revisión estructural

de los diferentes materiales utilizados en los muros, durabilidad, costos, comportamiento sísmico, la calidad del concreto, el recubrimiento mínimo y

el diseño de las losas.

En apego a los resultados de las encuestas realizadas, se recurrió a la opi-nión del Dr. Marcos Mejía López para la realización de la propuesta arqui-tectónica de un prototipo que sea representativo de la vivienda de interés social en el Estado de México.

Como resultado de lo anterior, se estableció como caso de estudio una edificación que cuenta con un área construida de aproximadamente 142 m² y un área del terreno de aproximadamente 153 m², para albergar una casa tipo dúplex, lo que significa una área construida de 71 m² para cada

70 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iv | Análisis de caso 71

Figura

Figura

una de las viviendas; superficie cercana al valor medio de los conjuntos habitacionales anteriormente referidos. Las dimensiones generales de la casa son las que se muestran en la Figura 4, Figura 5 y Figura 6 de la planta baja, la planta alta y la azotea respectivamente. Las fachadas, cortes y de-más elementos arquitectónicos son los que se muestran en la Figura 7.

Las vistas del isométrico muestran cómo luciría una casa ya construida.

Figura

Cap. iv | Análisis de caso 7372 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida72

• Se deberán colocar castillos por lo menos en los extremos de los muros e intersecciones con otros muros, y en puntos intermedios del muro a una separación no mayor a 1.5 la altura del muro (1.5 h) (h es la altura del muro, esta nomenclatura es como la marca el rcdf) ni a 4 metros.

• Deberán existir dalas en todo extremo horizontal de muro.• El concreto de castillos y dalas deberá tener una resistencia no menor

a 200 kg/cm²• El refuerzo longitudinal de los castillos y las dalas deberá estar

anclado en los elementos que limitan al muro de manera que pueda alcanzar su esfuerzo de fluencia.

• Los castillos y dalas deberán ser reforzados transversalmente por estribos cerrados, como lo marcan las Normas Técnicas Comple-mentarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Madera (ntcdcem, 2004).

• El espesor de la mampostería de los muros, t, no debe ser menor a 100 mm y la relación altura libre a espesor de la mampostería del muro, h/t, no deberá ser mayor a 30.

Para muros con aberturas Además de los aspectos antes mencionados:

• Los elementos de refuerzo deben tener las mismas características que las dalas y castillos en el perímetro de todas las aberturas que corres- ponden a las ventanas de la fachada, cuando las dimensiones horizon-tal y/o vertical excedan de la cuarta parte de la longitud del muro.

• Se deben colocar elementos verticales y horizontales de refuerzo en aberturas con altura igual a la del muro.

Todo lo anterior fue aplicado en el diseño del prototipo, lo cual que-dó representado en el plano estructural que de forma simplificada se

FiguraRevisión estructural de los diferentes materiales utilizados en los muros

Aspectos reglamentarios en la estructuración

Como ya se mencionó, la estructuración del prototipo de vivienda, se estableció a base de muros de carga y siguiendo los requisitos que marca el reglamento para mampostería confinada con especial cuidado en los siguientes puntos:

Para muros sin aberturas:

• Los muros serán reforzados con castillos y dalas. • Los castillos o porciones de ellos se deberán colar una vez construido

el muro o la parte de él.

74 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iv | Análisis de caso 75

El espectro de diseño para la zona de estudio se muestra en la Gráfica 15, el cual fue calculado con ayuda del programa prodisis, desarrollado por la cfe para la zona de estudio. El espectro muestra las posibles solicitaciones a las que la estructura puede estar sometida durante su vida útil.

GráficaDiseño por durabilidad

La expectativa de vida útil será de aproximadamente 50 años. Los requisitos mínimos establecidos en las normas son válidos para elementos expuestos a ambientes no agresivos. En caso de estar expuesto a ambientes más agresivos, se deberán aplicar los criterios de diseño por durabilidad de estructuras de concreto. La estructura se diseñará para una vida útil de al menos 50 años, esto debe ser comparado con los lineamientos y requisiciones mínimas que marca el Infonavit para la construcción de viviendas de interés social, la cual refiere una vida útil mínima de 30 años.

presenta en la Figura 9 y Figura 10 basada en el procedimiento completo del diseño estructural.

Consideraciones en el diseño sísmico

El espectro de diseño utilizado se obtuvo del Manual de Obras civiles de la Comisión Federal de Electricidad (cfe, 1993) para zona B y terreno tipo ii para diseño por sismo. Se usó q = 2 para todos los tipos de piezas analizadas en el presente trabajo.

La zonificación sísmica para la República Mexicana es la que se mues-tra en la Gráfica 15. Ésta fue obtenida del Manual de Obras Civiles de la Comisión Federal de Electricidad (cfe, 1993). En la Figura 8 se observa con toda claridad que el Estado de México pertenece en mayor parte a la zona B.

Figura

Cap. iv | Análisis de caso 7776 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida76

• La relación entre carga viva y muerta no es mayor de 2.5 para losas monolíticas con sus apoyos.

Revisión del sistema estructural usando diferentes materiales

Con los resultados obtenidos de las pruebas que se practicaron a los diferentes materiales, se procedió a revisar los esfuerzos en los muros por medio del programa anem gcw, así como el análisis de cargas y las condiciones reglamentarias detalladas anteriormente, en el entendido que el inmueble está estructurado a base de muros de carga. La Figura 9 muestra cómo cada muro fue numerado para facilitar su análisis.

Figura

Calidad del concreto

Se determinó que la calidad del concreto requerida será de al menos 200 kg/cm² y deberá ser curado en forma continua bajo temperatura y presión del ambiente por lo menos tres días a partir del colado, esto de acuerdo con las secciones 4.3 a 4.6 y 4.8 de las normas técnicas complementarias del rcdf.

Utilizando la clasificación de exposición para los elementos de concreto se estableció que de acuerdo con la tabla 4.1 de las ntcdcem dichos elementos deben tener concretos con clasificación de exposición (A1 o en su caso A2, para losas de azotea) ya que presentan superficies y ambientes de expoción acorde con estas clasificaciones.

Recubrimiento mínimo

El recubrimiento en vigas, trabes y contra trabes no será menor a 2.5 cm, valor obtenido de la tabla 4.5 de las mencionadas normas, de acuerdo con la clasificación de exposición y la resistencia especificada del concreto. En losas, muros y elementos prefabricados el recubrimiento no será menor a 2.0 cm.

Diseño de las losas

Para el diseño de las losas se utilizó el Universidad Nacional de General Sarmiento, Argentina con base en las siguientes consideraciones:

Se usó el criterio de estado límite de falla por flexión y cortante, sin dejar de revisar el estado límite de servicio correspondiente a las deforma-ciones, como lo marcan las normas:

• Los tableros son rectangulares• La distribución de las cargas es aproximadamente uniforme en cada

tablero;• Los momentos flexionantes negativos en el apoyo común de dos

tableros adyacentes difieren entre sí en una cantidad no mayor que 50% del menor de ellos

78 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iv | Análisis de caso 79

Con los esfuerzos obtenidos por medio del programa anem gcw, se di-señaron las trabes y se calculó la carga que se transfiere a la cimentación, así como su diseño. Tanto en el plano de cimentación como en el estruc-tural se detallan las dimensiones y los materiales propuestos a utilizar en el prototipo. El resultado de este análisis son los planos que se presentan en la Figura 11 y Figura 12

Figura

El resumen de los resultados obtenidos por el programa anem gcw se muestra en la Tabla 5, en la cual se observa que aún con las considera-ciones anteriormente descritas, algunos sistemas presentan problemas de sobrecarga; como lo son el adobe y el tabicón. Por tal motivo se propone colocar dos trabes sobre los ejes de los muros más esforzados y no sólo en los sistemas que presentan problemas, sino también en los sistemas confor-mados por tabique y piezas cerámicas, ya que de acuerdo con los resultados observados los muros en estos ejes cumplen con la resistencia requerida, pero no presentan holgura para un caso de sobrecarga no considerada en el diseño, por lo que se les colocan las mismas trabes del caso anterior. Dicha trabe se esquematiza en la Figura 10 y muestra la distribución de los diferentes elementos estructurales.

Tabla

Cap. iv | Análisis de caso 8180 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida 81

Análisis de costos

Se realizó el presupuesto para la construcción del prototipo de vivienda de interés social con los diferentes materiales propuestos anteriormente, sólo fueron considerados los costos directos e indirectos que marca el Sistema Nacional de Costos Indirectos (snci) para la vivienda, precios calculados al mes de enero de 2010, esto sin considerar el valor del terreno. Con el fin de tener una visión más amplia y atemporal al final se hicieron compara-ciones relativas entre los diferentes materiales.

Para el caso de la construcción hecha a base de adobe no se realizó análisis de costos, debido a que se ensayaron varios espesores de muros y ninguno mostró buen comportamiento, por lo que sería irreal proponer un espesor de muro demasiado grande y con esto calcular el costo.

Para todos los demás materiales se hicieron los cálculos de los cos-tos directos, con ayuda del programa Neodata para el análisis de precios unitarios. En cuanto a los costos indirectos se calcularon con el porcen-taje marcado por el snci para el Estado de México, en el 2010. De esta manera, para cada material se realizó un cálculo de costo total.

En la Gráfica 16 se muestra un comparativo de costos directos de la obra para los materiales analizados y en la Tabla 6 se realiza una comparación del costo de los materiales, estableciendo como el menor costo el que corresponde al tabicón y el mayor costo al sistema hecho a base de piezas cerámicas.

Figura

Figura

Cap. iv | Análisis de caso 8382 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

Los costos fueron calculados para el caso concreto del Estado de México, es posible que en otros países varíe de acuerdo a la disponibilidad de materiales.

En la Gráfica 17 se muestra el comportamiento de los costos indirectos en los últimos 19 años con base en los datos para el cálculo de la regresión lineal, así como la gráfica de regresión que muestra la tendencia que siguen dichos costos. De igual manera el cálculo del costo indirecto puede variar de un país a otro.

GráficaUna vez que se obtuvo el costo de cada una de las viviendas y con el cálculo de la vida útil, se determinó la depreciación anual de cada una de las viviendas. El cálculo de la depreciación anual es importante para calcular el valor de salvamento que, al término de su vida útil, pueda tener la vivienda. Los datos iniciales se muestran en la Tabla 7

Gráfica

Tabla

Cap. iv | Análisis de caso 8584 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida 8584

!! =! − !"!  

•

!! = ! ! 1− ! !!!  

•Donde:

Dt es la depreciación calculada para el año tB es el costo inicial Vs es el valor de salvamento n corresponde a la vida útil D representa la tasa de depreciación

Tabla

Tabla

En la Tabla 7 se puede observar que el valor de salvamento se calcula como un porcentaje del costo inicial de la construcción y de acuerdo a la proba-bilidad de daño que se espera durante su vida útil (de acuerdo a la Tabla 9 Criterios para la identificación de los niveles de desempeño, del capítulo 5), en este caso se propone como máximo un valor de salvamento del 30% (úni-camente es considerado el costo de la construcción, sin el terreno) para el caso de piezas cerámicas y para los otros casos el valor correspondiente a la inversa es proporcional a la probabilidad de daño esperado dentro de su vida útil.

En la Tabla 8 se muestra la comparación entre al cálculo de la depre-ciación anual en línea recta y la depreciación anual de saldo decreciente, las cuales se calculan con la ecuación•5 y•6 respectivamente (Blank y Tar-quin, 1999) que se muestran a continuación:

86 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. iv | Análisis de caso 87 87

GráficaHasta aquí se describió el diseño estructural para cada sistema, así como el cálculo de los costos correspondientes. A continuación se retoman los resultados del diseño para modelar el prototipo de vivienda en el programa sap 2000 y hacer el estudio probabilisto con la simulación de Montecarlo suponiendo variaciones en la rigidez, en las cargas gravitacionales y en las acciones sísmicas.

De esta manera los resultados que vemos en la Tabla 8, donde en la primera columna se observa que el sistema correspondiente a tabique, muestra una menor depreciación, pero al hacer el análisis más detallado se percibe que la menor depreciación corresponde a las piezas cerámicas. En la Gráfica 18 se presenta el comportamiento de la depreciación con respecto al tiempo y en la Gráfica 19 se observa el valor en libros (entendiéndose como valor en libros el correspondiente al inmueble, considerando su depreciación anual, en este caso sin el costo del terreno) respecto al tiempo, mostrándo, como ya se dijo anteriormente, una menor depreciación para el caso de piezas cerámicas.

Gráfica

89

Capítulo V

Aplicación del método Montecarlo

Se calcula la vida útil de las estructuras. Se obtienen los parámetros involu-crados en la durabilidad así como su variación. Se presentan los resultados

de las pruebas de laboratorio realizados a diferentes materiales. Se estableció un modelo computacional para los cuatro sistemas en estudio. Se describe el

procedimiento general de todas estas pruebas. Se realiza el análisis probabilís-tico de cada material.

Antes de iniciar con la aplicación del método Montecarlo para el cálculo de la vida útil, se requiere obtener los parámetros involucrados en la durabilidad así como su variación, por lo que primero fue necesario calcular la curva de capacidad de cada uno de los materiales (la curva pushover en términos de la aceleración por el desplazamiento espectral se detalla en el siguiente apartado). En el proceso deben identificarse los umbrales de desplazamiento espectral asociados a cada estado de daño, donde el des-

90 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 91

la Brecha de Guerrero para obtener acelerogramas sintéticos para la ciudad de Toluca. Cabe destacar que dichos acelerogramas responden a las condi-ciones que se presentan en la estación cele, riis, por lo que se incluyeron características como tipo de suelo y distancia epicentral. Los acelerogramas generados guardan similitud con el correspondiente al sitio, donde se mantiene proporción entre aceleraciones y duración de la fase fuerte, así como con el desplazamiento del terreno s0 con respecto a la aceleración máxima amax, lo cual se explica principalmente por el hecho que la duración crece con la distancia epicentral contrario a la aceleración máxima.

Es importante mencionar que para la generación de dichos acelerogramas sintéticos se utilizaron los programas prodisis y Degtra A4, Versión 5.1. El acelerograma muestra una historia de aceleraciones a la que la estruc-tura pudiera estar sometida durante algún momento de su vida útil. En la Gráfica 20 se muestra el proceso.

Gráfica

plazamiento es producto de diferentes aceleraciones probables a las que la estructura puede ser sometida durante su vida útil. Una vez identificados los parámetros correspondientes a la acción sísmica y la respuesta estructural se determinó la relación entre ambas partes desde el enfoque probabilístico. En el proceso se calculó, principalmente, la probabilidad de ocurrencia del desplazamiento que pudiese ocasionar un daño tal que la estructura llegue al término de su vida útil; que finalmente es lo que interesa para poder comparar de manera precisa cada uno de los materiales, al incluir el análi-sis de cargas energéticas y de emisiones contaminantes.

Cálculo de la curva pushover para los diferentes sistemas

En este apartado se presenta el procedimiento utilizado para calcular la curva pushover mediante el análisis que toma los resultados de diferentes pruebas de laboratorio aplicados a muros de mampostería, realizados a diferentes materiales. Con lo anterior se estableció un modelo computa-cional, donde se representa la variación inelástica del comportamiento de los cuatro sistemas en estudio, para ello se utilizó el método del puntal diagonal equivalente, con el propósito de observar los desplazamientos para cada nivel de carga e identificar posteriormente los umbrales de daño asociado a cada uno de estos desplazamientos.

Generación de acelerogramas sintéticos

La metodología empleada para la generación de acelerogramas sintéti-cos (Pujades, et al., 2003) se utiliza para un estudio de fragilidad sísmica de edificios representativos en Manizales, Colombia, además de utilizar las tablas propuesta por Deulofeu para la generación de acelerogramas sintéticos. En el presente estudio se partió de movimientos generados en

92 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 93

La curva pushover se construye hasta un desplazamiento aproximada-mente igual a 2.5% de la altura del edificio (para este caso se grafica hasta que las rótulas alcanzan el nivel máximo de esfuerzos). Las cargas laterales se aplican a la estructura en una distribución tal que simule la probable distribución de las fuerzas inerciales en un sismo. Para un análisis tridi-mensional, la distribución horizontal debe simular la distribución de fuer-zas de inercia en el plano de cada diafragma de piso. En ambos análisis, bidimensional y tridimensional, deben considerarse por lo menos dos modelos de distribuciones verticales de carga lateral. En el presente análisis sólo se presentan los resultados de la dirección x, ya que debido a la manera en que fue concebida la distribución de los muros esta dirección resulta ser la más desfavorable en términos de los desplazamientos; las referencias de los ejes se muestran en la Figura 13

Figura

Una vez calculados los acelerogramas sintéticos se procedió a modelar el sistema por medio del método del puntal diagonal equivalente, como se detalla más adelante.

Método del puntal diagonal equivalente

Para analizar la mampostería mediante un comportamiento inelástico se utiliza el concepto del puntal diagonal equivalente, el cual maneja un procedimiento estático no lineal. El procedimiento empleado es un análisis de pushover de un marco que contiene diagonales equivalentes que representan la mampostería. El método puede ser usado tanto para marcos completamente rellenos como para muros de mampostería parcialmente rellenos y con aberturas. Usando diagonales en este análisis global, se pro-ducirán efectos directamente de la mampostería sobre los castillos, con lo cual no se necesitará evaluar estos miembros localmente. Dicho método se basa en el desarrollo de rótulas plásticas que representan las propiedades no lineales del sistema estructural, por lo que su estudio ha demostrado resultados confiables al realizar la comparación con datos experimentales y análisis de elementos finitos no lineales (Carrillo, 2006).

En el procedimiento estático no lineal (pushover), el modelo que incor-pora directamente una respuesta inelástica del material, se lleva hasta un “desplazamiento objetivo” para revisar los resultados de fuerzas internas y las deformaciones que se presentan. El “desplazamiento objetivo” repre-senta el máximo desplazamiento probable a ser experimentado durante el sismo propuesto. El modelo matemático de la estructura se somete a un aumento constante de fuerzas o desplazamientos laterales (pushover) hasta que el “desplazamiento objetivo” es excedido o la estructura sufre colapso. Debido a que el modelo matemático incorpora los efectos de la respuesta inelástica del material, el cálculo de las fuerzas internas serán aproximaciones razonables de las esperadas durante el sismo propuesto.

94 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 95

• El método de los coeficientes de desplazamiento modifica el desp-lazamiento elástico con coeficientes para calcular el desplazamiento objetivo.

En este trabajo se decidió utilizar el primer método ya que con el punto de desempeño o el desplazamiento objetivo, la respuesta global de la estructura y los componentes de deformación individual se comparan con los límites establecidos para cumplir los objetivos de comportamiento para el edificio.

Modelación del sistema

A continuación se describen las variables necesarias para realizar la mode-lación del sistema:

El ancho del puntal equivalente w, depende de la longitud del elemento de mampostería, conservando el espesor como el original del muro, la fórmula que proponen Priestley y Paulay (1993) es la ecuación•7:

! = 0.25!"  

•Donde w es el ancho equivalente propuesto para la diagonal y dm corres-ponde a la longitud de la diagonal inscrita en el muro. Sin embargo, si hay aberturas presentes y/o daños en el relleno existente, el ancho del puntal equivalente debe ser reducido usando la ecuación•8:

!! = ! !! (!!)  

•

En general el procedimiento de análisis estático no lineal se resume en los siguientes pasos (atc-40, 1996):

Demanda sísmica sobre la estructura

Se encuentra representada por el espectro de diseño del sitio donde está localizada la edificación. El espectro de respuesta se construye para el amortiguamiento intrínseco de la edificación, en este caso se toma como valor del amortiguamiento 7%, resultado de pruebas de laboratorio aplicadas a la mampostería (Terán, 2008).

Capacidad de la estructura

El objetivo principal de los procedimientos no lineales simplificados es la generación de la curva de capacidad, la cual representa los desplazamientos laterales como una función de la fuerza aplicada a la estructura y representa una aproximación al comportamiento real esperado, independientemente de la forma en que fue diseñada.

Comportamiento

Para la evaluación del desplazamiento hasta donde llegará la estructura con el sismo de diseño, se pueden emplear varios métodos, entre los que se destacan los siguientes:

• El método del espectro de capacidad reduce el espectro elástico de-bido al amortiguamiento histerético (daño) proporcionado por la estructura y lo intercepta con la curva de capacidad en el sistema coordenado espectral para encontrar el punto de desempeño

96 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 97 97

FiguraProcedimiento general

El siguiente procedimiento es un esquema general de lo requerido en programas de análisis estructural para realizar un análisis estático inelástico (pushover) utilizando el método del puntal diagonal equivalente:

• Crear los elementos del marco con la geometría, apoyos y propie-dades de los materiales (dando de alta las propiedades inelásticas de los materiales de acuerdo con las obtenidas en laboratorio).

• Crear las diagonales equivalentes, representando los muros de mam-postería y ubicándolos en el modelo. El ancho del puntal equiva-lente debe ser calculado de acuerdo al procedimiento descrito ante-riormente. Además de considerar los daños que existen en los muros

Donde (r1) y (r2) son factores de reducción debido a la presencia de aber-

turas y al daño del relleno respectivamente(Al-Chaar, 2002: 362). Si se consideran los resultados experimentales obtenidos (Carrillo, 2005), el ancho del puntal diagonal equivalente debe ser corregido de acuerdo con la ecuación•9:

!!"#$%& = 3!!!  

•Como se detalla en la Figura 14, las conexiones deben tratarse de manera particular para lograr que el modelo represente adecuadamente las condi-ciones reales de la estructura. Las rótulas asignadas al modelo del programa sap 2000 se asignaron de la siguiente manera:

• Para castillos se requieren rótulas en ambos extremos, que repre-senten la carga axial y el momento en ambas direcciones,

• Para dalas, las rótulas deben representar el cortante y el momento flexionante, además de estar colocadas en ambos extremos y, finalmente,

• Para las diagonales se requieren rótulas que representen la carga axial, las cuales serán colocadas en el centro del elemento.

De manera adicional, se deben asignar zonas rígidas en los extremos de los elementos del marco que rodean el muro de mampostería, con el fin de incrementar la rigidez de los nudos. Para las vigas y las columnas, las zo-nas rígidas deben ser asignadas desde la unión viga/columna (intersección de ejes) hasta una distancia igual a la mitad de la mayor dimensión del elemento que llega al nudo.

98 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 99

Para realizar esta modelación se utilizó el programa sap 2000, Versión 12 (Computers and Structures, 2003).

Los modelos se representan por elementos elásticos con rótulas y zonas rígidas en sus extremos. El programa sap 2000 tiene herramientas para operar de acuerdo al atc-40, por lo tanto, la entrada sísmica se puede representar a partir de un espectro de diseño definido por la normativa o por cualquier otro asignado por el usuario. Como en el análisis realizado se utilizan cuatro sismos con diferentes magnitudes, primero se introduce al programa el acelerograma calculado para el Estado de México y para un terreno tipo 1, posteriormente, se obtiene el espectro de respuesta para ser asociado a este acelerograma, el cual en una segunda corrida se introduce como un espectro de respuesta definido por el usuario, para finalmente, calcular el punto de desempeño.

Parámetros generales

Enseguida se mencionan los parámetros generales que se utilizaron para los cuatro sistemas:

Capacidad de la estructura

Las curvas pushover (curvas de capacidad) se construyeron hasta un desplaza-miento igual a 2.5% de la altura del prototipo (hasta que este desplazamiento objetivo es excedido o la estructura sufre colapso), este desplazamiento corresponde a 12.3 cm ya que la altura total del prototipo es de 4.95 m. Las capacidades de las estructuras se calcularon para la dirección x. Para la distribución vertical de carga lateral se utilizó una carga lateral proporcional a la distribución del cortante de piso calculado por combinación de respuesta modal (con análisis de espectro de respuesta de la estructura), usando el espectro del movimiento del suelo correspondiente para el prototipo.

para la modelación de estructuras existentes, afectando la rigidez y el amortiguamiento con un factor de reducción que incorpore los niveles de daño en dichos elementos (en el presente estudio se propuso una estructura sin daños, por lo que dicho factor de reducción no aplica).

• Asignar zonas rígidas en las uniones del marco para representar la intersección real entre elementos, viga y columna. Las zonas rígidas deben modelarse con un factor de rigidez de 0.5, es decir, la mitad de la zona rígida se considera efectiva.

• Asignar rótulas plásticas a los elementos del marco con el compor-tamiento apropiado carga-deformación para la sección y material particular.

• Para vigas, la rótula plástica debe tener en cuenta el comportamiento no lineal a flexión y cortante.

• Para columnas, la rótula debe considerarse la interacción entre la carga axial y la flexión, así como las propiedades no lineales asociadas con el cortante. Las rótulas en las columnas y las vigas deben es-tar localizadas en los extremos de cada uno de estos elementos, considerando las zonas rígidas que se forman en sus intersecciones.

• Asignar rótulas plásticas en la mitad de la longitud del puntal equivalente y considerar únicamente la carga axial.

• Aplicar las cargas de gravedad como condiciones iniciales del análisis de pushover.

• Realizar el análisis de pushover mediante la aplicación de una carga monotónica, sobre los elementos para obtener el equilibrio después de que una rótula plástica pierde capacidad debido a la excesiva de-formación.

A continuación se realiza la modelación estática no lineal de los cuatro sistemas constructivos, suponiendo que serán edificados en el Estado de México, los cuales fueron diseñados de acuerdo con las (ntcdcem, 2004).

100 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 101 101

Figura

La capacidad inelástica de las columnas se asignó, en principio, por defecto en el programa sap 2000, obteniendo resultados que no corres-ponden con la mampostería estudiada, por lo que luego se calculó la capa-cidad de sus rótulas con relación a la carga axial que soportan en su punto de comportamiento máximo, acorde con resultados obtenidos de diversas pruebas de laboratorio. Por ejemplo, para el adobe se utilizaron los datos de pruebas en muros de adobe hechas en el laboratorio de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Autónoma del Estado de México (Vera y Mi-randa, 2004), esta información se ingresa al programa sap 2000 y modifica las propiedades inelásticas de los materiales dadas de alta previamente.

Comportamiento

Para la evaluación del desplazamiento hasta el cual llegará cada una de las estructuras con el sismo de diseño, se empleó el método del espectro de capacidad. Este es el método propuesto por el atc-40. Para el cálculo del punto de comportamiento se escogió el caso más crítico, calculando la capacidad de la estructura con los parámetros uniforme y modal.

Modelación

La Figura 15 muestra el modelo y en la Gráfica 21 se observa la curva de capacidad del edificio analizado, representando el caso de tabique de barro rojo recocido.

102 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 103102

de colapso y el v, para el colapso (Lobo, 2004). Otros asocian estos niveles a estados límites de desempeño, quedando designados así: EL-0, estado límite de funcionamiento pleno; EL-1, estado límite de servicio; EL-2, estado límite de seguridad; EL-3, estado límite de capacidad y EL-4, como estado límite de ruina. (Hernández, 1997).

Es importante mencionar que los niveles de desempeño se calcularon para cada uno de los materiales, este es el ejemplo particular del tabique de barro rojo recocido. En la Tabla 9 se muestran los criterios adoptados para identificar los límites de los cinco niveles de desempeño.

TablaA partir de los criterios enunciados en la Tabla 9, se identificaron para cada uno de los modelos y los estados de daño, el valor del desplazamiento espectral límite sd máx y el desplazamiento máximo para el segundo

GráficaCaracterización de los estados de daño

Para definir los límites de los estados de daño en los sistemas se utilizaron los resultados del análisis estático no lineal, por medio de la curva de capa-cidad (gráfica pushover en términos de la aceleración espectral y desplaza-miento espectral) que se muestra para cada material en la Gráfica 14. Este análisis hizo posible identificar de manera rápida y sencilla la evolución del daño en los diferentes elementos estructurales. La lectura de los des-plazamientos o de las derivas laterales indica el grado de daños experimen-tados y determina diferentes niveles de desempeño estructural, tal como se indica en la Figura 15, en donde se muestran los rangos de los daños y las condiciones límites de cada nivel. En este estudio se consideró adecuado definir el nivel i, para la condición del límite elástico, el ii, para los daños menores, el iii, como daños límites de reparación, el iv, en la prevención

104 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 105

Gráfica

Tabla

nivel en la dirección x. El procedimiento empleado para ello consta de los siguientes pasos, donde se construye la curva de capacidad para cada uno de los materiales, los cuales se muestran en la Gráfica 22.

GráficaAl igual que en la gráfica anterior se presenta en la Gráfica 23 la curva pushover (cortante basal-desplazamiento) y en la Tabla 10 se muestran las ductilidades alcanzadas y el cortante basal máximo comentado en cada uno de los sistemas.

106 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 107

Tabla

Gráfica

De los resultados obtenidos en este apartado, se concluye que el material que tiene una mejor resistencia es el de las piezas cerámicas, seguido del tabique, que presenta una resistencia de 93% comparada contra piezas cerámicas, los otros dos sistemas muestran una resistencia considerable-mente menor, para el block, 67%; el adobe es el que presenta el peor comportamiento con 29%. En lo que se refiere a ductilidades, el material que presenta un mejor comportamiento corresponde a piezas cerámicas, después el tabique rojo recocido, luego el block y por último el adobe; sin embargo, es necesario aclarar que se presentan mayores ductilidades a lo que se debería esperar, lo cual se justifica por tratarse de resultados analíticos; por lo que en resultados experimentales se presenta una menor ductilidad para cada uno de éstos.

Se identifican sobre la curva de capacidad, los umbrales de desplaza-miento espectral asociados a cada estado de daño (sd1: leve, sd2: mode-rado, sd3: severo y sd4: colapso), de acuerdo a los criterios enunciados en la Tabla 11 (ver también Gráfica 21). Estos valores, corresponden al desplazamiento a partir del cual se producen los estados de daño, así, por ejemplo, sd1 es el valor de desplazamiento espectral a partir del cual se producen daños leves. En el caso del nivel de desempeño ”totalmente operacional”, se considera sin daño, aún cuando es frecuente que en las casas aparezcan fisuras menores.

Con estos valores se calcula el desplazamiento máximo, ver Tabla 11, para el segundo nivel en la dirección x, considerando los desplazamientos en esta dirección como los más desfavorables.

Se calcula el espectro elástico para posteriormente obtener la demanda sísmica reducida e interceptarla con la curva de capacidad para obtener el punto de desempeño. En la Gráfica 24 se muestra el punto de desempeño para el caso de tabique rojo recocido y el espectro, (que corresponde a un sismo raro, como se clasifica en la Tabla 11, al cual le corresponde 10% de probabilidad de excedencia en 50 años. El punto de desempeño se muestra en la intersección de las dos gráficas.

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interés, lo que permitiría definir claramente la sismicidad de la zona y los efectos locales. Son muy pocas las zonas que, aún con una actividad sísmica alta, disponen de una cantidad suficiente de registros. Para superar esta limitación, se debe generar un grupo de acelerogramas sintéticos a partir de la información existente, que reflejen tanto las variaciones de intensi-dad, duración, amplitud y contenido de frecuencias, como las condiciones locales del suelo. En cuanto al indicador de la respuesta estructural, es necesario seleccionar un parámetro que permita cuantificar el daño y que pueda relacionarse, a partir de ciertos criterios, con los estados discretos de daño, los cuales describen de manera cualitativa los efectos producidos por el sismo en la estructura.

Para considerar las incertidumbres en los parámetros sísmicos y estruc-turales, los métodos probabilísticos utilizan técnicas de simulación, como por ejemplo, el método de Montecarlo (para el presente trabajo se usó el programa Crystal Ball 7.3), mediante el cual, los parámetros sísmicos y estructurales se definen como variables aleatorias que se generan a partir de sus funciones de distribución de probabilidad.

Para considerar las incertidumbres en los principales parámetros sísmi-cos y estructurales, se definen como variables aleatorias y se generan a partir del método de simulación de Montecarlo. Una vez definidos los indica-dores de la acción sísmica y la respuesta estructural, la cual depende de los materiales y la forma de la estructura, como variables más representativas para el cálculo de la rigidez y el amortiguamiento, es necesario determinar la relación existente entre ambos parámetros desde un punto de vista proba- bilístico. Mediante un análisis de sensibilidad que pretende mostrar cuáles son las variables que más afectan el comportamiento de la estructura y cuáles podrían ser omitidas, sin que se vieran afectados los resultados. En la Gráfica 25 se muestran los resultados de este proceso.

En la Tabla 12 se observa cómo la variable que más afecta el compor-tamiento de la estructura es la probabilidad de ocurrencia de un sismo, con un 73.1% de participación. La probabilidad de ocurrencia del sismo

Se construye una curva que relaciona el valor del desplazamiento espectral sd con el desplazamiento máximo del segundo entrepiso para el eje “x” (ver Figura 13); en el eje “y” se grafica el porcentaje correspondiente al despla-zamiento que presenta con respecto a la altura, “y” en el eje “x” se muestra el desplazamiento espectral, ambos asociados a una misma aceleración.

Este procedimiento se aplicó a los cuatro materiales y sismos que se mencionan en la Tabla 11, de esta manera y con la ayuda del programa Crystal Ball 7.3 se realizó un análisis probabilístico que permitió obtener las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño para cada uno de los elementos, lo cual se describe con más detalle en el siguiente apartado.

Análisis probabilístico de los estados de daño para diferentes intensidades de sismo

Los recientes avances en la ingeniería sísmica, indican que los métodos probabilísticos deben ser utilizados para proporcionar las bases de mejora del diseño sismorresistente de estructuras y establecer las condiciones de las metodologías de evaluación del daño. Las comparaciones realizadas entre los daños observados y los calculados, muestran que, a pesar de los recientes avances en el análisis dinámico no lineal y en el modelado de estructuras, hay fuertes limitaciones al utilizar métodos puramente deterministas para evaluar el daño en las estructuras después de ocurrido un sismo. Las incer-tidumbres, tanto en los parámetros sísmicos como estructurales, pueden producir discrepancias significativas entre el comportamiento observado y el calculado. Por lo tanto, los métodos probabilísticos son esenciales para proporcionar una perspectiva del comportamiento estructural ante la ocurrencia de un determinado sismo (Ellingwood, 2001).

En el caso de la acción sísmica, la solución ideal sería contar con un amplio número de registros de sismos que hayan ocurrido en la zona de

110 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 111 111

TablaPara estimar la vida útil de los sistemas estructurales estudiados se llevó a cabo una serie de análisis dinámicos no lineales, que permitieron cuan-tificar el efecto del grupo de acelerogramas sintéticos sobre los sistemas estructurales, uno para cada tipo de material. Este paso se realizó con el programa sap 2000, lo cual requirió modelar la estructura a base de marcos y los muros como diagonal equivalente. Los sismos utilizados se generaron para la zona de estudio, a partir de cuatro sismos registrados en la Brecha de Guerrero. Después de obtener los resultados del trabajo, se calcularon los desplazamientos por medio del espectro de respuesta de la estructura (ver Gráfica 26), para un amortiguamiento de 7% (Terán, 2008). Dichos desplazamientos son utilizados para calcular la probabilidad de daño en las curvas de fragilidad, y calcular las matrices de probabilidad de daño.

se tomó de la referencia que se marca en la metodología para la evalua-ción del riesgo sísmico propuesta por el Dr. Rosangel Moreno González y se ajusta para la brecha del estado de Guerrero. La Tabla 12 muestra la probabilidad de las diferentes solicitaciones sísmicas.

Gráfica

112 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 113112

materiales del presente trabajo. Es evidente que existen muchos otros factores que influyen claramente en la vulnerabilidad sísmica de las estruc-turas, tales como el proceso constructivo, el control de calidad, la mano de obra, etc. Por lo tanto, para el prototipo que se analiza, se consideraron las incertidumbres de las propiedades de la mampostería correspondientes a la resistencia a la compresión f *

m y la deformación asociada al eje “x” del segundo nivel. Estos dos parámetros se definen como variables aleatorias con una distribución normal.

El cálculo de la rigidez se relaciona directamente con las propiedades mecánicas de los materiales y la forma de la estructura. De las pruebas realizadas fue posible conocer valores como la media y la desviación estándar, con lo que se logró obtener la curva de probabilidad para el tabique rojo recocido, como se muestra en la Gráfica 27

Gráfica

Gráfica

Incertidumbres en la capacidad estructural

Entre los diferentes parámetros que afectan la capacidad de una estructura se encuentran la resistencia a la compresión de la mampostería, la resistencia de cedencia del acero de refuerzo en dalas y castillos, el comportamiento histerético, la relación de amortiguamiento y las dimensiones físicas de los diferentes componentes. En este caso sólo se considera la incertidumbre asociada a la resistencia de los materiales debido a que, al tratarse de modelos teóricos, no se cuenta con un estudio estadístico detallado que permita definir claramente la variación en los parámetros geométricos. Por otra parte es conveniente no considerar incertidumbres en el comportamiento histerético, debido a la variabilidad de los resultados para diferentes mamposterías que no necesariamente se ajustan a las propiedades de los

114 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 115114

Gráfica

Gráfica

Incertidumbres en los parámetros de la demanda

La incertidumbre asociada con las cargas vivas y muertas es considerable-mente más pequeña que la correspondiente a la carga sísmica, para estas variables se utilizaron los estándares que marca el reglamento de construc-ción del Distrito Federal y la información de Meli (Meli, 2000). Adicional-mente, para carga muerta se consideró otra variable denominada “espesor de la losa”, en general el espesor de la losa se tomó como 12 cm, pero en este apartado trata de la variación que se puede obtener debido a la dismi-nución o aumento de este espesor. Las curvas de probabilidad son las que se muestran en la Gráfica 28, Gráfica 29 y Gráfica 30 para la carga viva de entrepiso, carga viva de azotea y muerta, respectivamente.

Gráfica

116 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 117116

Gráfica

Gráfica

Probabilidad de daño para diferentes demandas sísmicas

La demanda sísmica se representa por los espectros de respuesta de los acele-rogramas sintéticos, los cuales fueron generados para sismos con epicentro en el estado de Guerrero. Dichos espectros generan una demanda de des-plazamiento que corresponde a diferentes estados de daño, obteniéndose, para cada valor del indicador de la intensidad del movimiento la demanda correspondiente. Las curvas relacionan la probabilidad acumulada de daño con el parámetro seleccionado para representar la respuesta estructural para cada uno de los sistemas. En la Gráfica 31, Gráfica 32, Gráfica 33 y Gráfica 34 se muestra la probabilidad acumulada de daño para una aceleración máxima esperada correspondiente a los valores establecidos en la Tabla 13

Tabla

118 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 119

La Gráfica 31 indica que existe una probabilidad de ocurrencia de 10% para un sismo que genere una aceleración en el terreno de 0.15 gal y se tenga un desplazamiento de 0.15 cm; tomando en cuenta las propiedades del material antes definidas, si se observa la siguiente marca, se encontró con una probabilidad de 90% para tener un desplazamiento de 0.27 cm por ser esta condición más probable. En la Gráfica 32, Gráfica 33 y Gráfica 34 se muestra la misma gráfica para aceleraciones del terreno de 0.48 gal, 0.9 gal y 1.45 gal, respectivamente.

Curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño

Finalmente, con los resultados anteriores se obtuvo la vulnerabilidad para cada sistema analizado, representada por medio de curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño. Los primeros resultados corresponden a curvas que representan la distribución de probabilidad condicional de daño (representadas por el desplazamiento en el segundo entrepiso para el eje “x”) para cada nivel de aceleración, estas son las curvas de fragilidad representadas en la Gráfica 35. A partir de estas curvas y utilizando los cuatro estados discretos de daño (leve, moderado, severo y colapso) se ob-tienen las curvas de fragilidad ya referidas a los umbrales de daño como se muestran en la Gráfica 36

La delimitación de los umbrales de daño se calcula para cada uno de los materiales, en la figura sólo se muestra el que coresponde al tabique de barro rojo recocido. Para calcular la matriz de probabilidad de daño se utilizan las curvas de fragilidad que para este caso se presentan en térmi-nos del desplazamiento y la probabilidad de ocurrencia acumulada, para diferentes aceleraciones, las curvas de fragilidad encontradas se muestran en la Gráfica 35. En términos de la probabilidad de ocurrencia y desplaza-miento se genera la matriz de probabilidad de daño al referir los límites de comportamiento antes definidos.

Gráfica

Gráfica

120 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 121

De esta manera se obtiene la matriz de probabilidad de daño represen-tada en la Tabla 14, para los cuatro materiales, a los que se les da la nomenclatura:

• TR para tabique de barro rojo recocido • PC para piezas cerámicas• TA para piezas de adobe • TT para tabicón

Para visualizar completamente estos resultados se construyó la Gráfica 37, para aceleraciones del terreno de 0.15 gal, 0.48 gal, 0.9 gal y 1.15 gal.

Tabla

Gráfica

Gráfica

122 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 123122

de la vida de servicio debe estudiarse si el futuro costo de mantenimiento está razonablemente justificado (técnica y económicamente), o si es más apropiado demoler y reconstruir la estructura.

Como consecuencia de lo anterior, debe definirse el concepto de vida útil de la estructura, el cual tiene relación con el comportamiento de la misma, bajo determinadas condiciones de servicio, durante un periodo suficientemente largo. Por lo tanto, se considera como vida útil de una estruc-tura, el periodo en el cual se conservan los requisitos previstos de seguridad, funcionalidad y estética (aspecto), con costos de mantenimiento razonables. Dentro de las características de este concepto se pueden desprender varios subconceptos a considerar, entre otros, la vida útil del proyecto, la vida útil de servicio, la vida útil última o total y la vida útil residual, en el presente trabajo se busca calcular un aproximado, ya sea en términos relativos o abso- lutos, de la vida útil o total; para lo cual se enuncia su definición:

La vida útil última o total (…) está definida como el periodo de tiempo que va desde que se inicia la ejecución de la estructura hasta que se pre-senta su colapso parcial o total. Es decir, que la vida útil total es la suma del “periodo de iniciación” del deterioro, del “periodo de propagación” del mecanismo de daño o del agente de deterioro que agreden al concreto o al acero de refuerzo, y del “periodo de colapso” parcial o total.

“En la etapa de “colapso”, se pueden presentar roturas, o colapsos parcia-les o el colapso total de la estructura; y usualmente, corresponde al tiempo en el cual puede haber una reducción significativa de la sección neta resistente del acero de refuerzo, una pérdida importante de la adherencia entre el concreto y el acero, o una disminución importante de la capaci-dad resistente de concreto (fatiga del material), como consecuencia de la acción de los mecanismos de daño”.

(Sánchez, 2006)

Con referencia en lo anterior, se calculó la vida útil de los diferentes sistemas en términos relativos a partir de la vivienda que presentó una

Gráfica

Vida útil de las estructuras

La mayor parte de las estructuras generalmente son diseñadas y construidas para satisfacer un conjunto de requisitos arquitectónicos, funcionales, estructurales, de comportamiento, de estabilidad y de seguridad, durante un cierto tiempo, sin que se generen costos inesperados por mantenimiento o reparación, lo que constituye la vida prevista o vida proyectada en servicio. Normalmente, para edificaciones convencionales este periodo puede ser de 50 años (Yépez, 1996). Lo anterior no implica necesariamente que al cumplirse el ciclo de vida en servicio, la estructura deba ser demolida; sino que el costo de su mantenimiento para garantizar las condiciones origi-nales hacia el futuro, probablemente se incremente por encima del que se considera apropiado durante la vida prevista en proyecto. Por ello, al cabo

124 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. v | Aplicación del método Montecarlo 125 125

Tabla

Como era de esperarse el adobe fue el que mostró menor durabilidad, es importante señalar que se tomaron las propiedades del material hecho de manera artesanal, sería interesante considerar la necesidad de agregar algún tipo de aditivo cementante y comparar su resistencia y durabilidad.

menor probabilidad de daño, asignándole una vida útil correspondiente a 50 años, para un sismo en el que se espera, tengan daños de moderados a severos. En la Gráfica 37 se observa que la mayoría de los sistemas analizados caen en este rango, como se resume en la Tabla 15, donde además se observa que el comportamiento del adobe para una aceleración de 0.48 g tiene 3% de probabilidad de presentar un posible colapso.

TablaDe este análisis se establece que, en términos relativos, el material que presenta un mejor comportamiento es el de piezas cerámicas, al cual se le asigna una vida útil de 50 años; en segundo lugar, el tabique de barro rojo recocido; en tercero el de tabicón y, en último lugar, el adobe. En estos términos la Tabla 16 muestra la vida útil relativa con respecto a las piezas cerámicas para cada material.

127

Capítulo VI

Análisis de las emisiones contaminantes en la vivienda de interés social

Se analizan las emisiones contaminantes en las viviendas de interés social y el impacto del proceso de construcción o en los recursos del lugar y del entorno. Así como los datos y procedimientos de cálculo para identificar y cuantificar los efectos ambientales adversos. Se analizan las emisiones contaminantes en

la vivienda de interés social.

El proceso de construcción puede tener un importante impacto en los recursos del lugar y del entorno. Las prácticas de construcción que se realizan de forma consciente pueden reducir estos trastornos en el medio ambiente por eso es necesario que se desarrollen directrices, para llegar a un acuerdo con constructores a fin de garantizar una construcción susten-table. En este capítulo se describe la metodología seguida para el cálculo de cargas energéticas y análisis de ciclo de vida para contribuir a la reducción de la afectación al medio ambiente.

128 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 129128

• Selección: de las categorías de impacto, indicadores de categoría y modelos.

• Clasificación: Se asignan los datos procedentes del inventario a cada categoría de impacto según el tipo de efecto ambiental esperado. Una categoría de impacto es una clase que representa las consecuencias ambientales generadas por los procesos o sistemas de productos.

• Caracterización: Es la modelación, mediante los factores de carac-terización de los datos del inventario, para cada una de las categorías de impacto.

Una diferencia importante entre los diversos métodos de evaluación de im-pactos reside en la opción de analizar el efecto último del impacto ambiental (endpoint), o bien, considerar los efectos intermedios (midpoints). Las catego-rías de impacto ambiental intermedias se hallan más cercanas a la interven-ción ambiental, permitiendo, en general, modelos de cálculo que se ajustan mejor a dicha intervención. Éstas proporcionan una información más deta-llada, en cuanto a la manera y el punto en que es afectado el medio ambiente. Las categorías de impacto finales son variables que afectan directamente a la sociedad; por tanto, su elección resultaría más relevante y comprensible a es-cala global. Sin embargo, la metodología para llegar a cuantificar el efecto último no está plenamente elaborada ni existe el consenso científico necesario para recomendar su uso (Hendriks, 2005). Por todo ello, actualmente, es común recurrir a categorías de impacto intermedias.

Interpretación

La interpretación es la fase de un acv en la que se combinan los resultados del análisis de inventario con la evaluación de impacto. Los resultados de esta interpretación pueden adquirir la forma de conclusiones y recomen-daciones para la toma de decisiones. Permite determinar la fase del ciclo de vida del producto en el cual se generan las principales cargas ambientales y

Análisis de cargas energéticas del prototipo de vivienda de interés social a partir de los diferentes materiales

Dentro del acv la metodología marcada en las normas iso, propone seguir tres etapas principales, que son:

• Inventario• Análisis de impacto • Interpretación

Para tener una idea más amplia, cada una de estas etapas se definen a continuación:

Inventario

Comprende la obtención de datos y los procedimientos de cálculo para identificar y cuantificar todos los efectos ambientales adversos asociados a la unidad funcional. En términos generales estos efectos se denominan “carga ambiental” y se define como la salida o entrada de materia o energía de un sistema, causando un efecto ambiental negativo.

Esta definición se incluyen tanto las emisiones de gases contaminantes, como los efluentes de aguas, residuos sólidos, consumo de recursos naturales, ruidos, radiaciones, olores, etc. Cuando se trabaje con sistemas que impliquen varios productos, se procederá a asignar los flujos de materia y energía, así como las emisiones al medio ambiente asociadas a cada producto o subproducto.

Análisis de impacto

La estructura de esta fase viene determinada por la normativa iso 14042, en donde se consideran obligatorios los siguientes elementos:

130 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 131 131

Tabla

Evaluación del impacto del ciclo de vida

Como ya se definió, primero se debe determinar qué categorías de impac-to van a ser consideradas para evaluar la importancia de los potenciales efectos ambientales, con base en los resultados del análisis del inventario, dicho análisis se realizó a través del programa Sima Pro 7.0 se eligió este programa porque cuenta con métodos y bibliotecas que toman en cuenta las condiciones de América Latina, además de que permite analizar en forma detallada los procesos de cada uno de los sistemas, así como identificar la etapa y/o proceso que más contamina dentro del sistema.

Para realizar dicho análisis es necesario considerar lo que se marca en las normas iso, así como las observaciones del método a utilizar en la reali-zación del acv, lo cual da lugar a lo siguiente.

por tanto qué puntos del sistema evaluado pueden o deben mejorarse. En los casos de comparación de distintos productos se podrá determinar cuál presenta un mejor comportamiento ambiental.

Software de Análisis de Ciclo de Vida (acv)

En los últimos años y con base en la metodología del acv se han desarro-llado numerosos programas para facilitar su cálculo. La mayoría de ellos incluyen bases de datos que pueden variar en extensión y calidad, y por lo tanto en el precio. Las bases de datos de inventarios públicos vienen incor-poradas en casi todos los programas comerciales donde se introducen los datos que configuran el inventario y se realizan los cálculos propios de ésta, con lo que se obtienen los resultados para las diferentes categorías de impacto elegidas. Algunos de estos programas también realizan análisis de sensibilidad e incertidumbre.

Como ejemplos de software presentes en el mercado se pueden citar Gabi (ikp), acv it (chalmers), SimaPro (pré consultants) uno de los más extendidos por su facilidad en el manejo, team (ecobilan group), Umberto (ifeu). La Tabla 17 presenta algunas de las herramientas que existen actual-mente en el mercado (ver listado de Hipervínculos).

132 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 133132 133

Consideraciones iniciales

Para poder llegar al acv de la vivienda de interés social primero fue necesario calcular su vida útil. En este caso se utilizó la ponderación basa-da en la probabilidad de daño, que se explicó con anterioridad, después se identificaron los procesos de fabricación y puesta en obra para cada material y de esta manera se analizaron las emisiones nocivas al medio ambiente.

Para realizar el acv se utilizó, como ya se mencionó, el programa Sima Pro 7.0. Este programa toma en cuenta diversos métodos para el cálculo de cargas energéticas. Se trabajó con el método de las bees (Lippiatt, 1998) el cual se desarrolló para analizar ciclos de vida referentes al sector de la construcción. Otro factor, igualmente importante, es la incorporación de las normas iso para el análisis y la interpretación de resultados, cabe acla-rar que dichas normas presentan condicionantes para la publicación de comparaciones con fines comerciales, como éste no es el caso, se hacen comparaciones entre los procesos que no siguen estrictamente la mencio-nada norma.

Método de las bees

bees son las siglas en inglés de “Construcciones para la Sustentabilidad Ambiental y Económica”, es una herramienta de software desarrollada por el Instituto Nacional de Estándares y (nist). bees combina una evaluación parcial del ciclo de vida, costo del ciclo de vida para la construcción y ma-teriales de construcción en una sola herramienta. Los resultados se presen-tan en términos de impacto de evaluación del ciclo de vida, costos o una combinación de ambos, como puede verse en la Figura 16. Figura

134 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 135

biomasa consume oxígeno medido como demanda bioquímica de oxígeno (dbo). Este consumo de oxígeno conduce a alcanzar condiciones anaerobias que provocarán la descomposición causada por bacterias anaeróbicas que liberan CH4, H2S y NH3. En último término, desaparece cualquier tipo de vida aeróbica. El proceso de eutrofización aumenta en verano.

Toxicidad

Aquí se contemplan los efectos sobre los humanos y los ecosistemas acuá-ticos y terrestres por sustancias tóxicas existentes en el ambiente. Estas categorías son las que tienen mayor importancia, porque afectan a las áreas de protección, salud humana, entorno y recursos naturales.

Un contaminante no permanece en el medio o compartimento ambiental (como el aire, suelo, agua superficial, agua subterránea, mar, etc.) en que es emitido, sino que puede desplazarse y alcanzar otros compartimentos que serán, a su vez, contaminados. Una determinada sustancia puede ser incluso más dañina en un medio diferente al de su emisión.

Cambio climático

La tierra absorbe la radiación del sol. Esta energía es redistribuida por la atmósfera y los océanos y retorna en forma de radiación de infrarrojo térmico. Parte de esta radiación es absorbida por los gases existentes en la atmósfera, lo que provoca el calentamiento del planeta; a dicho fenómeno se le denomina efecto invernadero. Estos gases son principalmente el vapor de agua y el dióxido de carbono (CO2) y otros gases como metano (CH4) y óxido nitroso (N2O). La acción humana ha provocado un incremento de las emisiones de estos gases lo que puede llevar a un sobrecalentamiento del planeta y, por lo tanto, a la alteración de sus condiciones.

Las siguientes seis categorías de evaluación del impacto de ciclo de vida son utilizadas por las bees (Lippiatt, 1998):

• Potencial de calentamiento global• Acidificación• Eutrofización potencial• Agotamiento de los recursos naturales• Residuos sólidos• Calidad del aire interior

A continuación se explican algunas categorías usadas en la evaluación del impacto de ciclo de vida:

Acidificación

Consiste en la deposición de ácidos resultantes de la liberación de óxido de nitrógeno y sulfuro en la atmósfera, en el suelo y en el agua; donde puede variar la acidez del medio, lo que afecta a la flora y fauna que habitan en él, produce deforestación y también puede afectar a los materiales de la construcción. Las áreas de protección serán salud humana, recursos natu-rales, entorno natural y entorno modificado por el hombre.

Eutrofización potencial

En esta categoría se incluyen los impactos derivados de un alto nivel de macronutrientes, nitrógeno y fósforo. Su incremento representa creci-miento en la producción de biomasa en los ecosistemas acuáticos. Un aumento de las algas en los ecosistemas acuáticos produce una disminu-ción del contenido de oxígeno, debido a que la descomposición de dicha

136 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 137136

impactos reales significa conocer más detalles del momento en que la emi-sión tiene lugar: condiciones meteorológicas, temperatura, pH, ¿cuántos habitantes están expuestos en el momento de la emisión? Y profundizar en esta población, ¿cuántos niños? ¿cuántos enfermos? ¿cuántas mujeres embarazadas? Es evidente que no afectará a todos por igual. Para el pre-sente trabajo se consideró el impacto potencial, porque es difícil saber con precisión qué materiales exactamente utilizan las empresas constructoras, si siguen o no la norma correspondiente, si existe una buena supervisión, etc., por tal motivo el análisis de cargas energéticas se realizó con las consi deraciones ya expuestas, dando como resultado un aproximado de los im-pactos que pudiese ocasionar la vivienda de interés social, para los mate-riales propuestos y analizando únicamente la fase de construcción, no así la de mantenimiento, uso y disposición final.

Normas iso 1400

En estudios de acv siempre deben usarse unidades funcionales, que son definidas por la norma iso 14040-043. Cuyo conjunto de normas interna-cionales continuamente está en desarrollo.

iso 14000 especifica los requisitos para un Sistema de Gestión Ambiental (ems, por sus siglas en inglés), que permite que una organización pueda formular políticas y objetivos en este ámbito.

El uso del acv en el sector de la construcción servirá para seleccionar materiales con menor impacto ambiental y para optimizar el uso de recursos, lo que permitirá adoptar nuevas soluciones con el fin de optimizar la relación entre la envolvente y el ambiente externo, individualizando virtudes y defectos de las elecciones durante la construcción, vida útil, desmantelamiento y descarga final.

El procedimiento marcado en las normas se aplica a aquellos aspectos medioambientales que la organización pueda controlar y sobre los que se

Agotamiento del ozono estratósferico

La capa de ozono está presente en la estratósfera y actúa como filtro, absorbiendo la radiación ultravioleta. La disminución de la capa de ozono provoca un incremento de la cantidad de radiación uv-b que llega a la superficie de la Tierra. Dichas radiaciones son causa del aumento de algunas enfermedades en humanos (cáncer de piel, supresión del sistema inmunitario, cataratas, etc.), afectan la producción agrícola, degradan los materiales plásticos e interfieren en los ecosistemas. Por lo tanto afectan a las cuatro grandes áreas de protección: salud humana, entorno natural, entorno modificado por el hombre y recursos naturales. La mayoría de los cloruros y bromuros, procedentes de compuestos clorofluorocarbonados (cfc, por sus siglas en inglés) y otras fuentes, reaccionan en presencia de las nubes estratosféricas polares (psc, por sus siglas en inglés) emiten cloruros y bromuros activos, que bajo la acción catalizadora de los rayos uv provocan la descomposición del ozono.

Una vez identificadas y cuantificadas dichas categorías de impacto ambiental, otro factor importante es reconocer qué tipo de impacto se está considerando, si éste es un impacto real o potencial. Se debe distin-guir entre el impacto real (probablemente ocurrirá) y el potencial, aquel que podría darse si coincidieran una serie de circunstancias, no siempre probables, que así lo pudieran provocar.

Los métodos de análisis de impacto fueron originalmente desarrollados para analizar los impactos potenciales. Sin embargo, recientemente ha habido un cierto interés en desarrollar métodos que integran factores como la localización del impacto, con el objetivo de acercarse más a la realidad (Daly, et al., 1997).

El análisis en términos potenciales puede significar un camino correcto para detectar un problema, sin embargo, en la mayoría de los casos puede dar lugar a soluciones sobredimensionadas. Sin embargo, el análisis de los

138 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 139

• iso tr 14047 (2002): Proporciona un ejemplo de cómo aplicar la norma iso 14042 (iso-14047, 2002)

• iso/cd tr 14048 (2002): Proporciona información con relación a los datos utilizados en un estudio de acv (iso-14048, 2002)

• iso/tr 14049 (1998): Proporciona ejemplos para realizar un icv de acuerdo con iso 14041. Estos ejemplos deberán entenderse como no exclusivos y que reflejan parcialmente un icv (iso-14049, 1998).

El método bees sigue la orientación de la norma iso 14040 para proyectos de acv.

• iso 14001 Sistemas de especificaciones (ems) • iso 14004 Sistemas y técnicas de apoyo (guía de principios generales)• iso 14020-24 Mediciones del medio ambiente • iso 14040-043 Análisis de ciclo de vida • iso 14050 Términos y definiciones• iso 14064 Especificaciones para guía de productos• iso/tc59/sc 14: Periodo de vida de construcción

Hay cuatro estándares iso especialmente designados para la aplicación del acv que se numeran a continuación:

• iso 14040: Principios y estructura básica• iso 14041: Definición de objetivo y campo de aplicación y análisis

del inventario• iso 14042: Determinación de impacto del ciclo de vida• iso 14043: Interpretación

Además del estándar 14000, no es posible obtener una acreditación oficial que manifieste que un acv, una metodología acv o un software acv, como Sima Pro 7.0, hayan sido elaborados según el estándar. Por lo tanto, ningún

espera que tengan influencia. Por otro lado, las normas no especifican con suficiente detalle los criterios de desempeño ambiental, lo que obliga a preci-sar las emisiones contaminantes en cada etapa que se incluye dentro del acv.

Un sistema de gestión ambiental es una parte del sistema de gestión global que incluye la estructura organizativa, la planificación de actividades, responsabilidades, prácticas y recursos para desarrollar y mantener la política medioambiental.

En 1994 se estableció dentro de iso el Comité Técnico tc207, rela-cionado con la normalización de herramientas ambientales, incluido el acv. Dentro de la normalización iso deberán distinguir entre normativas e informes técnicos. Hasta ahora se han elaborado cuatro normativas relacionadas con el acv:

• iso 14040 (1997): especifica el marco general, principios y necesi-dades básicas para realizar un estudio de acv, no se describe la técnica del acv a detalle.

• iso 14041 (1998): especifica las necesidades y procedimientos para elaborar la definición de los objetivos y alcance del estudio, así como para realizar, interpretar y elaborar el informe del análisis del inven-tario del ciclo de vida (lcia).

• iso 14042 (2000): describe y establece una guía de la estructura general de la fase de análisis del impacto (alcv). Se especifican los requerimientos para llevar a cabo un alcv y se relaciona con otras fases del acv.

• iso 14043 (2000): se proporcionan las recomendaciones para realizar la fase de interpretación de un acv o los estudios de un icv, en ella no se especifican metodologías determinadas para llevar a cabo dicha interpretación.

Se han realizado además documentos técnicos para apoyar la elaboración de estudios de acv, como son:

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contribución potencial de las existencias de un producto y los flujos a una serie de impactos ambientales. Para facilitar el trabajo dentro del programa utilizado (Sima Pro 7.0) hay varias opciones para las evaluaciones de impacto del acv, tales como, el uso directo de los inventarios, la escasez de materiales ecológicos, prioridades ambientales del sistema, la clasificación y la caracterización, entre otros.

El método de las bees utiliza este último proceso con el fin de eva-luar los impactos globales y locales, supone: el potencial de calentamiento global, el potencial de acidificación, el potencial de la nitrificación, y el agotamiento de los recursos naturales, asimismo, también incluye los generados por residuos sólidos y los impactos de calidad del aire.

Para interpretar el resultado de los pasos anteriores combinados, las medidas de rendimiento para las categorías de impacto deben ser sinteti-zados. Se trata de medidas de rendimiento que surgen de la combinación de los diferentes impactos globales y locales.

Una vez descritos los aspectos generales de esta metodología, se estu-diará su aplicación.

Análisis de ciclo de vida para cada uno de los sistemas de mampostería propuestos

Tabique

El diagrama de flujo de la Figura 17, muestra el total de emisiones conta-minantes. En el primer cuadro superior se representa el 100% de dichas emisiones, los cuadros siguientes representan con una línea más gruesa aquellos procesos que más influyen en el total de emisiones con su respec-tivo porcentaje; de esta manera se puede observar fácilmente cuál es el proceso que presenta un efecto negativo; es el del tabique rojo recocido, ya

desarrollador de software puede afirmar que los acv elaborados con cierta herramienta de software automáticamente cumplan con los estándares. iso 14040; por ejemplo, no permite ponderar categorías de impacto para com-paraciones públicas entre productos. Sin embargo, la ponderación se admite expresamente para otras aplicaciones. Eso significa que es responsabilidad del desarrollador de software hacer uso de la ponderación de una forma adecuada. Ejemplos similares se pueden dar para temas como reglas de asig-nación, limitaciones de sistema, entre otros.

La consecuencia más importante de tener como meta el apoyo en un estándar iso es la necesidad de documentar cuidadosamente el objetivo y el campo de aplicación, así como resultados de interpretación. Se tiene una variedad de alternativas para ejecutar el acv siempre y cuando se logre documentar lo que está haciendo.

Análisis del ciclo de vida (acv)

La evaluación del acv es un método aceptado internacionalmente para evaluar los impactos ambientales (Baumann, 1994). De acuerdo con el estándar de la norma iso 14040, el acv se utiliza para evaluar los aspectos ambientales y el potencial asociado con un producto, por compilación de inventario, la evaluación de impacto ambiental y la interpretación de los resultados.

Esto implica cuantificar el flujo de insumos y las salidas de un sistema de producto, la energía, las materias primas, las liberaciones a la atmósfera, la tierra y el agua. Las categorías de datos de la superficie utilizada para los flujos de inventario del grupo, por ejemplo, en el modelo de bees, con flujos como los aldehídos, amoníaco y óxidos de azufre se agrupan en las categorías de datos de las emisiones al aire.

Una serie de enfoques pueden ser utilizados para recoger datos de inven-tario de un acv. En la evaluación de impacto ambiental se cuantifica con la

142 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 143 143

Figura

que engloba el proceso de fabricación del tabique de barro rojo recocido y más a detalle se puede concluir de este proceso que la mayor emisión de contaminante, se obtiene del proceso de cocción del material, debido al combustible que se utiliza en dicha etapa.

En estos diagramas se muestra el flujo de energía usando una línea más gruesa para aquellos procesos que consuman más energía y una línea del-gada para el caso contrario. Un resumen de los resultados se presenta en la Tabla 18, de la cual se deriva la Gráfica 38, que resulta una manera sencilla de observar e interpretar los resultados para cada una de las afectaciones, a continuación se presenta el sistema de muros de tabique:

• Potencial de calentamiento global: Para este rubro la mayor aport-ación es la que se genera de la cocción del tabique.

• Acidificación: De acuerdo a la gráfica se observa que lo que más aporta es el combustible empleado en la fase de cocción.

• Eutrofización potencial (contaminación potencial del agua): Afec-tación por la fase de cocción y, posteriormente, por los desechos emitidos.

• Agotamiento de los recursos naturales: La mayor afectación es pro-vocada en la fase de fabricación del tabique y se debe a la extracción de recursos.

• Residuos sólidos: Ocurre durante el proceso de extracción de la materia, las afectaciones son generadas por aquel material que se extrae junto con la materia prima y se desecha por no ser de utilidad para los fines requeridos.

• Calidad del aire interior: El proceso que más afecta esta fase es el que constituye la cocción, por la cantidad de emisiones nocivas que se desprenden al aire.

144 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 145 145

Piezas cerámicas

En la Figura 18 se muestra el diagrama de flujo que se desprende del análisis de ciclo de vida para la estructura hecha a base de muros de piezas cerámicas, en la figura se detalla cómo el proceso que más contamina es el que corres-ponde a la fabricación del material, en específico el proceso de cocción, con 97.3% del total de las emisiones.

Figura

Tabla

Gráfica

146 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 147

Tabla

Gráfica

Las categorías de evaluación de impacto del ciclo de vida se muestran en los siguientes puntos:

• Potencial de calentamiento global: Es originado por la combustión en el proceso de cocción de las piezas.

• Acidificación: El mayor impacto causado por el proceso de cocción. • Eutrofización potencial: El proceso de cocción tiene un mayor impac-

to, aún cuando la extracción de material contribuye en menor medida.• Agotamiento de los recursos naturales: Del gas natural que se em-

plea en la cocción de los materiales, ya que éste se cuenta dentro de los recursos no renovables.

• Residuos sólidos: Aquellos sin uso, originados de la extracción de material.

• Calidad del aire interior: Debida a las emisiones de partículas en la fase de extracción en menor medida que a las afectaciones causadas por el proceso de cocción.

De manera gráfica se muestran los resultados de las unidades y las cuanti-ficaciones en la Tabla 19.

Tabicón

Con base en los resultados obtenidos al analizar el tabicón, se determina que lo que más afecta a este sitema es la contribucion que aporta el gas y los materiales calcinados con el que se procesa el clínker y esto es lo que lo hace, de los procesos analizados, el que más afecta al medio ambiente, esto se analizará con más adetalle posteriormente.

En la Figura 19 se muestra el diagrama de flujo con los porcentajes de contribución a las emisiones generadas, se observa que el gas utilizado para la cocción del clínker aporta 53% del total de las emisiones para este material.

148 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 149

• Potencial de calentamiento global: Se ve afectada por la elaboración del cemento, específicamente la fabricación del clínker.

• Acidificación: El pH tanto del aire como del agua, se ve afectado por emisiones de los hornos al aire, resultado de la cocción del clínker.

• Eutrofización potencial: Este es afectado por los procesos despren-didos de la producción de clínker.

• Agotamiento de los recursos naturales: Se ve afectada mayoritari-amente por la extracción de la materia prima utilizada en la elabo-ración del tabicón.

• Residuos sólidos: Es producto de los desechos inorgánicos, que se desprenden de la producción de clínker.

• Calidad del aire interior: El proceso que más influye es el que corresponde a la producción del cemento.

Gráfica

FiguraEn la Gráfica 40 se muestra que el proceso que más contribuye en la afec-tacion del medio ambiente para todos los rubros analizados es el gas y la materia calcinada que se utiliza en el procesamiento del clínker, las efecta-ciones son mayoritarias en los siguientes rubros:

150 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 151

Figura

Estos resultados se muestran en la Gráfica 40, las unidades y las cuantifica-ciones son las que se muestran en la Tabla 20

Tabla

Adobe

La Figura 20 muestra el diagrama de flujo de las emisiones contaminantes del adobe, debido a que dentro de su proceso de fabricación no requiere cocción, lo que más afecta es el acarreo con 61% de participacion y extrac-ción de material con 21% de participación.

Lo anterior se muestra en la Gráfica 41, las unidades que se manejan así como la cuantificación son las que se aprecian en la Tabla 21

152 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 153 153

Comparación entre los diferentes materiales

Se realizó la comparación entre los diferentes sistemas con las salvedades que ya se analizaron anteriormente, de esta manera en la Tabla 22 se muestra la cuantía que aportan cada uno de los sistemas a las categorias de impacto ambiental, caracterizándolas en la Gráfica 42, donde se toma como refe-rencia el 100%

TablaLas categorías de evaluación de impacto del ciclo de vida se muestran en los siguientes puntos:

• Potencial de calentamiento global: Tabique rojo recocido en primer lugar, ligeramente mayor que el de piezas cerámicas y el tabicón.

Tabla

Gráfica

154 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vi | Análisis de las emisiones contaminantes 155

De esta manera al analizar en todos los sistemas, además de lo correspon-diente a los muros, la aportación de las losas, se presenta en la Tabla 23, que en la emisión total del sistema, las losas aportan emisiones menores al 50%, esto se justifica debido a la presencia de castillos y dalas en el confinamiento de los muros, y aún cuando las losas están hechas a base de concreto (el cual resultó ser una fuente importante de emisiones tóxicas), los muros tienen mayor contribución relativa en el análisis de cargas.

TablaEn la Gráfica 43 se muestra una comparación del sistema de losa con los muros. Es necesario tener presente que esta comparación al igual que otros indicadores analizados es para casos particulares del Estado de México.

• Acidificación: El de mayor contribución es el tabicón, seguido del tabique y las piezas cerámicas.

• Eutrofización potencial: El tabicón en mayor medida.• Agotamiento de los recursos naturales: el tabique es el que repre-

senta mayor agotamiento de los recursos naturales.• Residuos sólidos: El tabicón es el que presenta mayores emisiones

provenientes de residuos sólidos.• Calidad del aire interior: El tabicón presenta mayores emisiones al aire.

En la Gráfica 41 se muestran los resultados obtenidos de la comparación, las cuantificaciones, así como las unidades, que se muestran en la Tabla 21, observándose a simple vista que el material que emite mayores niveles de emisiones tóxicas es el tabicón. Estas comparaciones involucran únicamente los muros de la vivienda, pero más adelante se extiende una comparación del sistema adicionándole la carga correspondiente a las losas de entrepiso.

Gráfica

157

156 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida156

Capítulo VII

Conclusiones y recomendaciones

Se identificaron los materiales de construcción más comúnmente utilizados en la construcción de vivienda de interés social, así como el impacto que causa la producción de los mismos y su tiempo estimado de vida. Se recomienda

investigar sobre procedimientos para determinar de manera objetiva las afecta-ciones al medio ambiente, aplicables a nuevos sistemas para la construcción de

viviendas.

Conclusiones

Para finalizar, cabe destacar que se cumplió el objetivo general ya que se analizaron y evaluaron las partes de la ingeniería estructural que más influyen en el impacto al medio ambiente, para las cuatro tipologías estructurales en el Estado de México. En cuanto a los objetivos específicos:

Gráfica

158 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vii | Conclusiones y recomendaciones 159

Otra línea es investigar sobre procedimientos para determinar de manera objetiva las afectaciones al medio ambiente, aplicables a nuevos sistemas para la construcción de vivienda. Este instrumento sería de mucha utilidad para las dependencias oficiales que regulan la vivienda. Con base en los procedimientos que aquí se analizaron:

Al calcular la curva de capacidad, donde se observa la resistencia del material ante cargas laterales, se procede a calcular las curvas de fragilidad y las matrices de probabilidad de daño para, con estos elementos, calcular la vida útil probable de este sistema, hacer el balance de los insumos requeridos durante todas las etapas de la vida útil del sistema y, finalmente, hacer el análisis de cargas energéticas. El criterio de aceptación se basa en que el sistema propuesto deberá tener una probabilidad menor al 15% de presentar daños severos ante la ocurrencia de un sismo raro, al mismo tiempo, esta-blecer niveles de emisión de contaminantes similares o menores a los que muestra el tabique de barro rojo recocido.

Recomendaciones generales

La rapidez con que todo evoluciona no siempre permite garantizar que los materiales que salen al mercado tengan un desarrollado suficiente y probado para asegurar que su impacto en el medio ambiente y, especial-mente, en la salud de las personas resulte tolerable. La construcción no es ajena a estas limitaciones, de manera especial las relacionadas con el medio ambiente, la contaminación local y global, la calidad del aire interior de los edificios y, en algunos casos, con la calidad del agua potable. Parece evidente que, hasta ahora, el sector de la construcción no se ha preocupado por dichos aspectos; la confianza en las nuevas tecnologías incorpora la utilización de materiales poco experimentados, de los que se desconocen muchas de sus características. Por otra parte, la constante investigación en el campo de la toxicología impulsa a los países occidentales a establecer

• Se identificó que el tabique rojo recocido, el tabicón de concreto y el tabique extruido son los materiales comunes para la construcción de vivienda en la zona de estudio. Se incluyó también el adobe por considerarlo un material de bajo impacto ambiental.

• Se realizaron pruebas a muestras de los materiales de la zona de estudio para contar con datos representativos de sus propiedades mecánicas y su variación.

• Se propuso un prototipo de la vivienda de interés social en la zona de estudio, basado en resultado de encuestas y la consulta a especialistas.

• Se completó el diseño estructural del prototipo para las cuatro tipologías, lo cual se realizó en una primera etapa con los proce-dimientos convencionales para después complementar el estudio con métodos probabilísticos que permitieron evaluar la probabilidad de daño para la ocurrencia de diferentes sismos.

• Con base en las probabilidades de daño calculadas se estimó la vida útil relativa de cada tipología, en donde se demostró que la variable predominante es la ocurrencia de sismos.

• Se calcularon las cargas energéticas para cada tipología y se evaluaron de acuerdo a la categoría de impactos que marca el método de las bees.

• Por último, se identificaron los materiales que más influyen en la emisión de contaminantes y se establecieron algunas recomenda-ciones para mitigar el problema.

Recomendaciones

Investigar alternativas que ayuden a que el adobe presente un mejor compor-tamiento ante cargas gravitacionales y laterales por sismo, lo cual se puede lograr con aditivos a base de polímeros, ya que presentan bajos niveles de degradación al paso del tiempo, y por lo tanto, menores afectaciones al medio ambiente.

160 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Cap. vii | Conclusiones y recomendaciones 161

Priorizar las inversiones en investigación, desarrollo e innovación desti-nadas a potenciar y mejorar el conocimiento de la situación de los residuos, impulsar las más avanzadas técnicas en su gestión, así como la búsqueda de salidas y usos comerciales de los materiales reciclados procedentes de los residuos. Usar el acv como una herramienta para la toma de decisiones en los distintos tipos de industrias, el comercio, el gobierno, y también en la vivienda.

Para concluir, al considerar que el sistema más contaminante resultó ser el tabicón, debido al impacto que genera el consumo de gas y otros elementos calcinados, durante el proceso de fabricación del clínker, es recomendable investigar sobre procesos que mitiguen estos efectos negativos. Lo anterior al considerar que la producción de clínker es uno de los procesos que más afectan al ambiente. El cemento es uno de los productos más utilizados en la construcción. Generalmente, sus materias primas (piedra calcárea y materiales arcillosos) proceden de recursos no renovables y su extracción tiene un notable impacto ambiental, como sucede con las extracciones de minerales. En lo referente al proceso industrial, la obtención del clínker implica un elevado consumo de energía y, posteriormente, emisiones importantes de gases y polvo, en el proceso de molerlo.

disposiciones que limitan o prohíben el uso de sustancias tóxicas en ma-teriales de uso para el hombre. Por lo tanto la recomendación es que los materiales de construcción sean sometidos a estudios rigurosos en cuanto a sus características mecánicas y ambientales antes de ser comercializados.

El análisis de ciclo de vida es, sin duda, la herramienta de gestión ambiental que se está perfilando como la más sistemática, global y objetiva para afrontar los retos futuros, por lo que se recomienda lo siguiente:

Gestionar de forma sustentable los recursos, esto implica acercarse progresivamente hacia la “producción limpia”, objetivo que significa no sólo el menor consumo de recursos –materias primas y energía– sino la enérgica reducción de los residuos por medio de la integración de la reu- tilización y el reciclaje de los mismos en el proceso de producción. Los bienes así elaborados deben a su vez ser diseñados para alcanzar una mayor durabilidad duplicar la vida útil de los elementos significa disminuir los residuos a la mitad.

Analizar las etapas sucesivas de un elemento, proceso, o servicio desde la extracción de los recursos naturales hasta su disposición final, permitirá llevar a los municipios de la zona, aportes y sugerencias para la elaboración de normas y reglamentos ambientalmente sustentables en materia de gestión de residuos sólidos, de manera especial de los residuos de construcción y demolición.

Considerar la sustentabilidad de una obra de arquitectura, para lo cual es necesario tener en cuenta todas las fases de su ciclo de vida. Esto incluye desde que la obra es proyectada y ejecutada, el uso y explotación a lo largo de su vida útil y el fin de ella, momento en el cual el edificio deberá ser reincorporado nuevamente al medio ambiente.

Tomar en cuenta que la etapa de proyecto del edificio no es conside-rada como una fase del ciclo de vida, porque el edificio no existe aún. Sin embargo, esta etapa es decisiva en el logro de una arquitectura sustentable, en la medida en que el proyecto resuelva de forma adecuada e integral los diferentes factores que la condicionan.

Bibliografía • Siglas y Acrónimos • Glosario • Hipervínculos Figuras • Tablas • Gráficas • Universidades

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iso:Organización Internacional para la Estandarización. iso por sus siglas en Inglés. iso[...]

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nmx-c-036:Norma Mexicana de la industria de la construcción referente a ladri-llos, tabiques y adoquines.

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ntcdcem:Normas Técnicas Complementarias para Diseño y Construcción de Estructuras de Mampostería. ntcdcem[...]

psc:Nubes Polares Estratosféricas. psc por sus siglas en inglés.

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ems:Sistemas de Gestión Ambiental. ems por sus siglas en inglés.

icv:Interpretación del Ciclo de Vida.

175

174 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

Glosario

anem gcw:Es un programa que ha sido desarrollado pensando en cubrir las nece-sidades de análisis que se presentan con mayor frecuencia al realizar el análisis y revisión de edificios de mampostería. el programa está basado en los métodos y lineamientos de las siguientesreferencias: diseño y construcción de edificios de mampostería. series del instituto de inge-niería de la unam, no. 403. (dcem403), reglamento de construcciones del distrito federal, normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de mampostería, edición 1995 (ntcm95) y 2004 (ntcm04). normas técnicas complementarias para diseño por sismo, edición 1987,1995 y 2004. manual de diseño de obras civiles de la comisión federal de electricidad, diseño por sismo, edición 1993.http://www.gcingenieria.com/anem/pdf/ManualANEMgcW.pdf

atc-40:Herramienta, del programa sap 2000, para representar la entrada sísmica a partir de un espectro de diseño definido por la normativa.

bees[...]Este programa mide el desempeño ambiental de los productos de cons-trucción con el método de evaluación del ciclo de vida especificado en la iso 14040. Todas las etapas de la vida de un producto se analizan: la adquisición de materias primas, fabricación, transporte, instalación, uso, reciclaje y gestión de residuos. El desempeño económico se mide con el estándar astm ciclo de vida de método del costo, el cual cubre los costos de inversión inicial, reposición, operación, mantenimiento y reparación, y la eliminación. Desempeño ambiental y económico se combinan en una medida el rendimiento general con el estándar astm para el Análisis de Decisión Multi-atributo. Para el análisis bees,

Redalyc:Red de Revistas Científicas de América Latina y el Caribe.http://redalyc.uaemex.mx

rcdf:Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal. rcdf[...]

snci:Sistema Nacional de Costos Indirectos.

wced:Comisión Mundial Sobre Medio Ambiente y el Desarrollo. wced[...]

176 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Glosario 177

Crystal Ball 7.3:Es una herramienta flexible, que puede aplicarse para resolver práctica-mente cualquier problema en que la incertidumbre y variabilidad dis-torsionen las predicciones de una hoja de cálculo. Además de la simu-lación, puede usar los datos históricos para crear modelos predictivos y buscar las soluciones óptimas que tengan en cuenta la incertidumbre y las restricciones. Crystal Ball puede aplicarse rápidamente a nuevos modelos de hoja de cálculo y a los ya existentes, por lo que empezar a utilizar su tecnología es cuestión de minutos.

Curva de Capacidad:Las curvas de capacidad son unas curvas de potencia que nos muestran los límites de calentamiento del rotor y del estator, asumiendo que la tensión en bornes se mantiene constante.

Espectro de Capacidad:(curva pushover en términos del desplazamiento por la aceleración espectral). La estructura se representa mediante su espectro de capa-cidad, que es aquel que define la aceleración espectral en función del desplazamiento, de un modelo simplificado de un grado de libertad, que representa el comportamiento dinámico del edificio.

iso[...]La norma iso 14000 es un estándar internacional de gestión ambiental, que se comenzó a publicar en 1996, tras el éxito de la serie de normas iso 9000 para sistemas de gestión de la calidad. La norma iso 14000 es una norma internacionalmente aceptada que expresa cómo establecer un Sistema de Gestión Ambiental (sga) efectivo. La norma está dise-ñada para conseguir un equilibrio entre el mantenimiento de la renta-bilidad y la reducción de los impactos en el ambiente y, con el apoyo de las organizaciones, es posible alcanzar ambos objetivos. La norma

todos los productos de construcción se definen y clasifican de acuerdo a la clasificación de la norma astm para la construcción de elementos conocidos como uniformat ii.

Brecha de Guerrero:El régimen tectónico en las costas del estado de Guerrero, en la parte central de México, es dominado por la subducción de la Placa de Cocos bajo la de Norteamérica. Las placas tectónicas son fragmentos de litos-fera que se desplazan sobre la astenosfera de la Tierra como bloques rígi-dos sin presentar deformación interna. Este desplazamiento es producido por las corrientes de convección en el interior de la Tierra que liberan el calor original adquirido durante su formación (ver en cienciorama: Deriva Oceánica). La costa de Guerrero está marcada por una bien definida brecha sísmica en donde ningún sismo de grandes magnitudes (mayor que 8 en la escala de Richter) ha ocurrido desde 1908.

cet:Comunidad de Estudios Territorialeshttp://www.estudiosterritoriales.org

cfe[...]Con el fin de prevenir y mitigar los efectos dañinos que ocasionan los fuertes y frecuentes temblores sobre las obras civiles en el sector ener-gético, desde 1969, la Comisión Federal de Electricidad ha apoyado en la elaboración del Manual de Diseño de Obras Civiles -con el fin de aumentar la seguridad de sus construcciones. En 1993 se editó la versión actualizada del Manual de Diseño por Sismo, la cual ha tenido una gran demanda tanto nacional como internacionalmente por su contenido técnico y práctico, pues debido a la escasa reglamentación en nuestro país es la fuente de consulta más confiable.http://www.iie.org.mx/Civil/manuales.htm

178 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Glosario 179

y de los Corresponsables, en su caso. El proyecto arquitectónico para las edificaciones en el Distrito Federal debe prever las condiciones, elementos y dispositivos de apoyo para las personas con discapacidad, incluyendo a los menores, a las gestantes y a los adultos mayores, éstas brindarán las facilidades mínimas necesarias para el libre acceso.

ntcdcem[...]Son las normas publicadas el 10 de Octubre del 2004. Es la primer parte y contine 254 páginas; 4 normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de madera, 54 normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras de concreto, 88 normas técnicas complementarias para diseño y construcción de estructuras metálicas.http://documentos.arq.com.mx/Detalles/52874.html

prodisis:Programa desarrollado por la cfe para medir las posibles solicitaciones a las que la estructura puede estar sometida durante su vida útil.

Pushover:El análisis de pushover estático es un rasgo muy poderoso sólo ofrecido en al versión de Nonlinar de sap 2000. Además de realizar los análisis del pushover analisis sismicos por desempeño, este rasgo puede usarse para realizar el nonlinear general el análisis estático, y es particular-mente útil para estructuras del cable modeladas que usan el elemento del marco.

rcdf[...]Es un documento emitido por el gobierno del Distrito federal que incorpora importantes innovaciones y numerosos avances científicos y tecnológicos en los campos de instrumentación sísmica, sismología y propagación de ondas, estudios del subsuelo y cimentaciones, así como

iso 14000 va enfocada a cualquier organización, de cualquier tama-ño o sector, que esté buscando reducir los impactos en el ambiente y cumplir con la legislación en materia ambiental.

Método de Montecarlo:Es un método no determinístico o estadístico numérico, usado para aproximar expresiones matemáticas complejas y costosas de evaluar con exactitud. El método se llamó así en referencia al Casino de Mon-tecarlo (Principado de Mónaco) por ser “la capital del juego de azar”, al ser la ruleta un generador simple de números aleatorios. El nombre y el desarrollo sistemático de los métodos de Montecarlo datan aproxi-madamente de 1944 y se mejoraron enormemente con el desarrollo de la computadora.

Neodata:Programa desarrollado para determinar los precios unitarios.

ntc[...]Se refieren al Título Quinto relativo al Proyecto Arquitectónico del Reglamento de Construcciones para el Distrito Federal; también satisfacen lo dispuesto en la Ley para Personas con Discapacidad en el Distrito Federal en lo que se refiere a las facilidades arquitectónicas correspondientes y establecen las bases para facilitar el Dictamen de Prevención de Incendios a que se refiere la Ley del H. Cuerpo de Bom-beros del Distrito Federal. Estas Normas son de aplicación general para todo tipo de edificación con las especificaciones y excepciones que en ellas se indican, se incluyen las edificaciones prefabricadas permanentes destinadas a vivienda. Señalan la aplicabilidad de otras disposiciones, tales como las Normas Oficiales Mexicanas (nom) y las Normas Mexi-canas (nmx) cuando así procede. El cumplimiento de estas Normas queda bajo la responsabilidad de los Directores Responsables de Obra

180 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Glosario 181

wced[...]También conocida como la Comisión Brundtland, para sostener reunio-nes alrededor del mundo y producir un informe formal de sus hallaz-gos. La Comisión emitió un informe después de tres años de encuentros sobre temas de desarrollo y medio ambiente con líderes gubernamentales y el público de todo el mundo. Las reuniones públicas tuvieron lugar tanto en países desarrollados como en desarrollo y el proceso permi-tió a diferentes grupos articular sus opiniones sobre diversas cuestiones: agricultura, forestación, agua, energía, transferencia de tecnología y desarrollo sostenible en general. Nuestro Futuro Común, el informe fi-nal de la Comisión, definió el desarrollo sostenible como «el desarrollo que satisface las necesidades actuales de las personas sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer las suyas», con lo que introdujo el término en el vocabulario ambiental (wced 1987).

el análisis sobre la respuesta de estructuras bajo la acción de fuerzas sísmicas. Ha sido producto de la colaboración de las áreas del Gobierno del Distrito Federal con atribuciones en la materia, como son la Secre-taría de Desarrollo Urbano y Vivienda y la Secretaría de Obras y Servi-cios; de diversas Instituciones Académicas y Profesionales y del Comité Asesor en Seguridad Estructural del Distrito Federal.

sap 2000:Programa computacional que ofrece análisis estático y análisis dinámico modal espectral para elementos y placas. También diseña elementos de acero y concreto, además de análisis dinámico historial y análisis de ele-mentos planos, sólidos y tipo Asolids. También incluye análisis de puentes y sin límites en el número de nodos, incorpora diversas funciones y módulos completamente integrados para el diseño de estructuras de acero y de hormigón armado. El programa proporciona al usuario opciones para crear, modificar, analizar y diseñar los modelos estructu-rales, todo ello desde la misma interfaz de usuario. El programa propor-ciona un entorno interactivo en el que el usuario puede estudiar la con-diciones de estrés, hacer los cambios apropiados, tales como la revisión de las propiedades de miembro, y volver a examinar los resultados sin la necesidad de volver a ejecutar el análisis.

Sima Pro 7.0:Es un programa desarrollado por la empresa holandesa PRé Consul-tants, que permite realizar Análisis de Ciclo de Vida (acv), mediante el uso de bases de datos de inventario propias (creadas por el usuario) y bibliográficas (buwal, idemat, eth, ivam). Sima Pro 7 permite alma-cenar, analizar y realizar un seguimiento del rendimiento ambiental de sus productos y/o servicios. Con esta herramienta se facilita el análisis y la representación gráfica de ciclos complejos de un modo sistemático y transparente. Ciclo de Vida (acv).

Hipervínculos 183

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Dr. Marcos Mejía López:http://www.architecthum.edu.mx/Architecthumtemp/curriculum.html#mmejia

Estado de México:http://maps.google.com.mx/maps?hl=es&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.r_qf.,cf.osb&biw=1036&bih=772&q=estado+de+mexico&um=1&ie=UTF-8&hq=&hnear=0x85cd8992c0eb0a3b:0xc2fef9be9fc5a857,Estado+de+M%C3%A9xico&gl=mx&ei=QWBxT-vVB6eA-2gWmuuTiDg&sa=X&oi=geocode_result&ct=title&resnum=9&ved=0CGkQ8gEwCA

La Crespahttp://maps.google.com.mx/maps?client=safari&rls=en&oe=UTF-8&redir_esc=&q=LA+CRESPA+ESTADO+DE+MÉXICO&um=1&ie=UTF-8&hq=&hnear=0x85d275898b235607:0xc8da099796b64b0c,La+Crespa,+San+Mateo+Otzacatipan,+MEX&gl=mx&ei=fF3AT_WbNYyPsALHydXuCQ&sa=X&oi=geocode_result&ct=title&resnum=1&ved=0CAoQ8gEwAA

Hipervínculos

Cálculo de la regresión lineal:http://estadistica.conafovi.gob.mx/snci/Reporte2.php

iso 14000:http://www.iso.org/iso/iso_14000_essentials

iso 14040:http://www.iso.org/iso/catalogue_detail?csnumber=37456

iso 14041:http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=23152

iso 14042:http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=23153

iso 14043:http://www.iso.org/iso/catalogue_detail.htm?csnumber=23154

Agenda de la construcción sostenible:http://csostenible.net/temes-clau/materials/analisi-de-cicle-de-vida-2

Casas Geo:http://www.casasgeo.com

Centro de Estudios del Sector Privado, Méxicohttp://www.ceesp.org.mx

185

184 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

Figuras

Figura 1 •Ciclo de vida de los materiales

Figura 2 •Vivienda tipo, conjunto habitacional La Crespa, en el Estado de México

Figura 3 •Prototipo utilizado para representar la vivienda de interés social en el Estado de México

Figura 4 •Dimensiones generales de planta baja

Figura 5 •Dimensiones generales de planta alta

Figura 6 •Dimensiones generales de azotea

Figura 7 •Vistas del isométrico de la casa tipo dúplex

Figura 8 •Regionalización sísmica de la República Mexicana

Figura 9 •Numeración de los muros en ambas plantas

Principales herramientas usadas en la elaboración de acv (tabla 17)www.gabi-software.com

www.pre.nl

www.bousted-consulting.co.uk

www.ekologik.cit.chalmers.se

www.ivv.fhg.de

www.kcl.fi/eco

www.pwcglobal.com

www.ifeu.de/umberto.htm

Sociedad Hipotecaria Federal, Méxicohttp://www.shf.gob.mx

186 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

187

Tablas

Tabla 1 •Nivel de confianza para cada uno de los materiales en una muestra de 200 casas

Tabla 2 •Resultados de la prueba a compresión en pilas para adobes

Tabla 3 •Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de pilas de tabique rojo recocido

Tabla 4 •Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de pilas de tabicón de concreto

Tabla 5 •Resumen de los resultados del Anew gcW

Tabla 6 •Comparación de costosValor promedio anual en dólares de 2009

Tabla 7 •Datos para el cálculo de la depreciación

Tabla 8 •Depreciación lineal recta y de saldo decreciente

Figura 10 •Distribución de dalas y trabes en planta baja

Figura 11 •Plano de cimentación

Figura 12 •Plano estructural

Figura 13 •Ejes de referencia utilizados para el análisis de la estructura

Figura 14 •Diagrama de conexión de los puntales equivalentes

Figura 15 •Geometría del modelo con diagonales simulando muros de mampostería

Figura 16 •Estructura metodológica del método de las bees

Figura 17 •Diagrama de flujo para el sistema hecho a base de tabique

Figura 18 •Diagrama de flujo para el sistema hecho a base de cerámica

Figura 19 •Diagrama de flujo para la estructura fabricada a base de tabicón

Figura 20 •Diagrama de flujo para la estructura fabricada a base de adobe

188 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Tablas 189

Tabla 9 •Criterios para la identificación de los niveles de desempeño

Tabla 10 •Ductilidad y cortante basal de los diferentes sistemas

Tabla 11 •Desplazamiento máximo para el segundo nivel dirección x

Tabla 12 •Probabilidad de ocurrencia de un sismo

Tabla 13 •Aceleraciones usadas en el análisis de los desplazamientos

Tabla 14 •Valores de probabilidad de daño

Tabla 15 •Probabildiad de daño para sismo con aceleración de 0.48 gal

Tabla 16 •Vida útil relativa de los diferentees materiales utilizados

Tabla 17 •Principales herramientas usadas en la elaboración de acv

Tabla 18 •Unidades de la Gráfica 38

Tabla 19 •Unidades de la Gráfica 39

Tabla 20 •Unidades de la Gráfica 40

Tabla 21 •Unidades de la Gráfica 41

Tabla 22 •Comparaciones de las emisiones generadas por cada sistema constructivo

Tabla 23 •Comparación de las emisiones tóxicas generadas por las losas y los muros con respecto a las emisiones generadas por el sistema

190

Gráficas 191

Gráficas

Gráfica 1 •Materiales más utilizados en la construcción de muros

Gráfica 2 •Principales tipos de cimentación utilizada en la construcción de casas habitación

Gráfica 3 •Area de vivienda construida

Gráfica 4 •Edad aproximada de la vivienda

Gráfica 5 •Grado de conservación de la vivienda

Gráfica 6 •Niveles construidos en la vivienda

Gráfica 7 •Modificaciones hechas a la vivienda

Gráfica 8 •Daños visibles

Gráfica 9 •Principales irregularidades en ls viviendas de interés social

Gráfica 10 •Resultados de la resistencia a compresión del mortero

Gráfica 11 •Prueba a compresión de adobes elaborados de manera artesanal

Gráfica12 •Resultados de laboratorio de resisencia a la compresión en las piezas de tabique de barro rojo recocido

Gráfica 13 •Resultados de laboratorio de resistencia a la compresión de piezas de tabicón de concreto

Gráfica 14 •Comparación de los resultados obtenidos para los diferentes materiales

Gráfica 15 •Espectro de diseño sismico utilizado

Gráfica 16 •Impacto de los concetpos en el costo de la obra

Gráfica 17 •Costos en el Estado

Gráfica 18 •Comportameinto de la depreciación

Gráfica 19 •Comportamiento del valor en libros

192 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

Gráfica 20 •Acelerograma sintético con aceleración máximo de 0.25 g

Gráfica 21 •curva de capacidad, niveles de desempeño y límites de daños para el caso de tabique rojo recocido

Gráfica 22 •Cálculo de la curva de capacidad para los diferentes materiales

Gráfica 23 •Cálculo de la curva pushover para los diferentes materiales

Gráfica 24 •Cálculo del punto de desempeño

Gráfica25 •Análisis de sensibilidad

Gráfica 26 •Espectros de respuesta para diferentes amortiguamientos

Gráfica 27 •Curva de distribución de los datos obtenidos de la resistencia a compresión

Gráfica 28 •Distribución triangular de la carga viva de entrepiso

Gráfica 29 •Distribución trinagular con parámetros para la carga viva de azotea

Gráfica 30 •Distribución normal propuesta para la carga muerta

Gráfica 31 •Probabilidad acumulada de los desplazamientos para aceleración del terreno de 0.15 gal

Gráfica 32 •Probabilidad acumulada de los desplazamientos para aceleración del terreno de 0.48 gal

Gráfica 33 •Probabilidad acumulada de los desplazamientos para aceleración del terreno de 0.9 gal.

Gráfica 34 •Probabilidad acumulada de los desplazamientos para aceleración del terreno de 1.45 gal.

Gráfica 35 •Curvas de fagildiad

Gráfica 36 •Delimitación de los umbrales de daño

Gráfica 37 •Comparación de la probabilidad de daño para los cuatro materiales con aceleracones del terreno de 0.15 gal, 0.48 gal, 0.9 gal y 1.15 gal.

Gráfica 38 •Unidades y cuantificación de la afectación al medo ambiente de diferentes etapas

Gráficas 193

194 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida

195

Gráfica 39 •Unidades y cuantificación de la afectación al medo ambiente de diferentes etapas, para el caso de piezas cerámicas

Gráfica 40 •Unidades y cuantificación de la afectación al medo ambiente de dife-rentes etapas, para el caso de tabicón

Gráfica 41 •Unidades y cuantificación de la afectación al medo ambiente de dife-rentes etapas, para el caso de adobe

Gráfica 42 •Comparación de las cuantificaciones de las afectaciones al medio am-biente de diferentes materiales

Gráfica 43 •Comparación de las cuantificaciones de las afectaciones de diferentes materiales al medio ambiente

Universidades y Centros de Investigación

Pontificia Universidad Católica de Chile, Chilehttp://www.uc.cl

Universidad de Londres, Inglaterrahttp://www.lon.ac.uk

El Colegio Mexiquense A.C., Méxicohttp://www.cmq.edu.mx

Universidad Politécnica de Madrid, Españahttp://www.upm.es/institucional

Universidad de Manchester, Inglaterrahttp://www.manchester.ac.uk

Universidad Nacional de Mar de Plata, Argentinahttp://www.mdp.edu.ar

Universidad Nacional de General Sarmiento, Argentinahttp://www.ungs.edu.ar/ms_ungs

Universidad de Alicante, Españahttp://www.ua.es

Universidad Nacional Experimental del Táchira, Venezuelahttp://www.unet.edu.ve

196 Elizabeth Valdez | Análisis de ciclo de vida Universidades y centros de investigación 197

Instituto Tecnológico y de Estudios Superiores de Monterrey, Méxicohttp://www.itesm.edu

Instituto Politécnico Nacional, Méxicohttp://www.ipn.mx

Universidad Autónoma del Estado de México, Méxicohttp://www.uaemex.mx

Universidad de Buenos Aires, Argentinahttp://www.uba.ar/homepage.php

Universidad de Barcelona, Españahttp://www.ub.edu/web/ub/es

Universidad Nacional Autónoma de México, Méxicohttp://www.unam.mx

Universidad Nacional de San Juan, Argentinahttp://www.unsj.edu.ar

Universidad Autónoma de Manizales, Colombiahttp://www.autonoma.edu.co

Pontificia Universidad Católica del Perú, Perúhttp://www.pucp.edu.pe/content/index.php

Lincoln Institute of Land Policy, Estados Unidoshttp://www.lincolninst.edu

Universidad Federal de Río de Janeiro, Brasilhttp://www.ufrj.br

Universidad Politécnica de Cataluña, Españahttp://www.upc.edu

Universidad de Texas en Austin, Estados Unidoshttp://www.utexas.edu

Universidad Autónoma Metropolitana-Azcapotzalco, Méxicohttp://www.azc.uam.mx

Universidad de São Paulo, Brasilhttp://www5.usp.br

Universidad del Valle, Colombiahttp://www.univalle.edu.co

Universidad de los Andes, Colombiahttp://www.uniandes.edu.co

Pontificia Universidad Católica de Paraná, Brasilhttp://www.pucpr.br/especializacao

Colegio de la Frontera Norte, Méxicohttp://www.colef.net

Universidad Nacional de Ingeniería, Perúhttp://www.uni.edu.pe

199

Contenido

Jurado académico 2011 9Jurado de calidad 2011 13Secretaría permanente 2011 14Organización 2011 15Gracias al apoyo de 15Mensaje del Director General del Infonavit 17Mensaje del Rector de la uaemex 19Presentación 21Introducción 26

Capítulo I Antecedentes 31

Problemática en México 36

Capítulo II Caracterización de la vivienda de interés social 39

Construcción sustentable 39Criterios sustentables y principio de sustentabilidad 40Principales materiales utilizados en las viviendas de interés social en el Estado de México 42

Capítulo III Análisis de materiales 55

Tabicón 56Tabique de barro rojo recocido 57Adobe 57Piezas cerámicas 58Pruebas realizadas a los materiales 59

Resistencia de los materiales elaborados en el Estado de México 59Morteros 59

Prueba de mortero a la compresión 59Piezas 60Pilas 61Resultados de las pruebas 62

Adobes 62Tabique de barro rojo recocido 63Tabicón 65

200 201

Capítulo IV Análisis de caso 69

Revisión estructural de los diferentes materiales utilizados en los muros 72Aspectos reglamentarios en la estructuración 72Consideraciones en el diseño sísmico 74Diseño por durabilidad 75

Calidad del concreto 76Recubrimiento mínimo 76Diseño de las losas 76

Revisión del sistema estructural usando diferentes materiales 77Análisis de costos 81

Capítulo V Aplicación del método Montecarlo 89

Cálculo de la curva pushover para los diferentes sistemas 90Generación de acelerogramas sintéticos 90

Método del puntal diagonal equivalente 92Demanda sísmica sobre la estructura 94Capacidad de la estructura 94Comportamiento 94Modelación del sistema 95Procedimiento general 97Parámetros generales 99

Capacidad de la estructura 99Comportamiento 100Modelación 100Caracterización de los estados de daño 102

Análisis probabilístico de los estados de daño para diferentes intensidades de sismo 108

Incertidumbres en la capacidad estructural 112Incertidumbres en los parámetros de la demanda 114Probabilidad de daño para diferentes demandas sísmicas 116

Curvas de fragilidad y matrices de probabilidad de daño 119Vida útil de las estructuras 122

Capítulo VI Análisis de las emisiones contaminantes en la vivienda de interés social 127

Análisis de cargas energéticas del prototipo de vivienda de interés social a partir de los diferentes materiales 128

Inventario 128Análisis de impacto 128Interpretación 129

Software de Análisis de Ciclo de Vida (acv) 130Evaluación del impacto del ciclo de vida 131Consideraciones iniciales 132

Método de las bees 132Acidificación 134Eutrofización potencial 134Toxicidad 135Cambio climático 135Agotamiento del ozono estratósferico 136Normas iso 1400 137

Análisis del ciclo de vida (acv) 140Análisis de ciclo de vida para cada uno de los sistemas de mampostería propuestos 141

Tabique 141Piezas cerámicas 145Tabicón 146Adobe 150

Comparación entre los diferentes materiales 153

Capítulo VII Conclusiones y recomendaciones 157

Conclusiones 157Recomendaciones 158

Recomendaciones generales 159

Bibliografía 165Siglas y Acrónimos 172Hipervínculos 182Figuras 185Gráficas 190Universidades y Centros de Investigación 195

Versión PDF del ePUB que contiene el libro Análisis de ciclo de vida y aspectos medioambientales en el diseño estructural,

publicado por Infonavit-Redalyc, ISBN EN TRÁMITE.

Título original: Análisis de ciclo de vida (ACV) y aspectos medioambientales en el diseño estructural: Estudio de caso y propuestas básicas.

Fecha de la edición original 2011-11-16Primera versión de este ePUB: 2012-06-13

Versión actual: 2012-06-13

Formado en Adobe Indesign CS5.5 Versión 7.5 y Adobe Dreamweaver CS5.5 Versión 11.5

Revisado en Calibre Versión 0.8.41 creado por Kovid Goyal

Producido por Orozco Creativas y Asociados S. de R.L. de C.V.Avenida Prolongación 5 de Mayo No. 727 int. 45

Col. Lomas de Tarango · Del. Álvaro ObregónC.P. 01620 · México D.F.www.somosorozco.com