Construir con Tierra (2): Eficiencia Energética

construir con tierra

Izda: Construcciones en altura de tierra cruda en la ciudad de Shibam, Yemen. Dcha: Construcciones en altura de acero y hormigón armado en Ciudad de Panamá, Panamá [14].

El presente estudio pretende hacer un análisis comparativo del impacto ambiental de la construcción con tierra cruda frente a otras técnicas industriales como el ladrillo o el hormigón armado, y argumentar de qué forma los resultados afectan a su vez a aspectos socioculturales y económicos en un contexto dado. Todo ello con el objetivo de crear una base demostrable que permita exponer dichas ventajas en zonas donde la construcción con tierra ha perdido credibilidad y puede ser una tecnología apropiada de la que la población se puede beneficiar de forma autónoma, económica y sostenible tanto en países en vías de desarrollo como en países desarrollados.

La tierra cruda es uno de los principales materiales de construcción utilizados a lo largo de la historia por el ser humano para solucionar sus necesidades habitacionales desde que éste empezó a construir las primeras agrupaciones de casas que con el tiempo se convirtieron en pueblos y ciudades. Más de veinte técnicas diferentes de construcción con tierra adaptadas a las necesidades ambientales y socioculturales se han desarrollado a lo largo de los siglos hasta nuestros días, donde más de un tercio de la población mundial habita en viviendas de tierra distribuidas en los cinco continentes [1].

  Arriba: Arquitectura de tierra en el mundo. [2]

 

El impacto de la construcción de tierra con la era moderna y la industrialización condujo a los países más industrializados al abandono de estas técnicas de construcción, sustituidas por el ladrillo, el hormigón, el acero y el vidrio principalmente. En lugares y países menos desarrollados la tierra continuó siendo el principal material utilizado cuando su disponibilidad local lo permitía, por ser un recurso de bajo coste, fácil manejo y suficientemente sencilla como para posibilitar la autoconstrucción.

A partir de 1973, tras desencadenarse la crisis energética del petróleo, hubo un renacer de la construcción con tierra en los países desarrollados, pero en los países en vías de desarrollo con un acelerado crecimiento económico la tradición de la construcción con tierra tomó una tendencia a desaparecer a favor de la copia desenfrenada de los estereotipos tecnológicos y arquitectónicos de Occidente importados en masa por las élites locales[1], modelos de dudosa sostenibilidad en muchos lugares que se convirtieron en el objetivo a alcanzar por la población de todas las clases sociales al constituir un símbolo de progreso y riqueza.

Este factor, sumado al negocio en el que se ha convertido la industria de la construcción y los intereses económicos y políticos que se han desarrollado a su alrededor, han contribuido al desprestigio y a la pérdida de las técnicas locales de construcción con tierra cruda en muchas regiones del mundo. Tecnologías enormemente adaptadas que han sido diseñadas, cada una en su contexto, con especial atención a los aspectos medioambientales, éticos, culturales, sociales y económicos de su comunidad, lo cual las convierte en Tecnologías Apropiadas[5].

 Dcha: Pottery House en Santa Fe, Nuevo México. Vivienda de tierra cruda diseñada por el célebre Arquitecto Frank Lloyd Wright en 1942 y no ejecutada hasta 1985. [15]

 

HIPÓTESIS DE PARTIDA

El potencial de la tierra cruda como material de construcción ha perdido credibilidad y sus propiedades y amplias posibilidades se han ido olvidando y desacreditando especialmente en países en vías de desarrollo y áreas rurales, potenciándose el prejuicio de ser considerado “material de los pobres”, material poco resistente ante amenazas naturales o foco de enfermedades como el mal de Chagas, factores que dependen más de cómo se construye que del material empleado para ello: la estabilidad de un sistema constructivo no depende exclusivamente de los materiales empleados, sino de cómo éstos se combinan y del planteamiento de la estructura de la edificación en función del los riesgos del lugar y el tipo de suelo, al igual que la existencia de insectos como la vinchuca en las construcciones de adobe se debe a la existencia de cavidades entre los adobes que propician su hábitat y no sólo al barro como material. Esto constituye una barrera sociocultural, institucional y/o política al empleo de lo que se ha descrito como una tecnología apropiada, siempre dentro de contextos concretos.

Sin embargo la persistencia de multitud de ejemplos tradicionales y contemporáneos de edificaciones realizadas a partir de diferentes técnicas de construcción con tierra, desmienten estas creencias y demuestran una gran durabilidad, resistencia y salubridad en contextos y condiciones climáticas muy diversas. Vestigios que van desde las livianas casonas coloniales que combinan adobe y quincha en ciudades como Lima o Trujillo situadas en el litoral peruano que han resistido intactas más de un centenar de años sometidas a sismos continuos, hasta las viviendas en altura de ciudades como Shibam o Saana en Yemen del Norte. Soluciones habitacionales adaptadas a climas húmedos y secos, cálidos, fríos y templados. Soluciones simples y en altura, en ciudades y en áreas rurales, tradicionales y nuevas propuestas o adaptaciones contemporáneas.


Izda:  Casona de principios del S.XIX construida de Adobe y Quincha en la ciudad costera de Trujillo, Perú.[4].  Dcha:Inmuebles de cinco pisos construidos en tierra cruda en el centro de la ciudad de Saana, Yemen del Norte.

Centrándonos en el tema a tratar en este análisis, desde la óptica ambiental es conocido que la construcción es un sector clave en el consumo de energía, estimándose que los edificios representan alrededor del 40% del consumo de energía total solamente en alumbrado interior, exterior y calefacción (estimación reflejada en el Libro Verde de la Eficiencia Energética [6]), sin tener en cuenta la cadena de consumo energético que se genera a su alrededor desde la fabricación de materiales y puesta en obra hasta la energía consumida durante su vida útil que no deriva de los factores mencionados.

Basándonos en la definición de eficiencia energética como la relación entre la cantidad de energía consumida y los productos y servicios finales obtenidos, en la edificación se tratará de mantener los servicios energéticos y con ello el confort interior reduciendo el consumo de energía, ya sea ésta eléctrica, procedente de biomasa, gas u otros combustibles.

Se parte de la hipótesis de que la construcción con tierra cruda maximiza la eficiencia energética en toda la cadena de consumo del proceso de construcción y vida de la edificación, tomando como línea de base los estudios realizados en el Laboratorio de Investigación de la Edificación de la Universidad de Kassel, Alemania[3], y basándonos en la recopilación de datos en diferentes fuentes de institutos especializados en la construcción con tierra (CRATerre-Centro de Investigación y Aplicación del Material Tierra de Francia / Cal Earth- California Institute of Earth Art and Architecture), a partir de lo cual se ha realizado un análisis comparativo del consumo energético de la construcción con tierra respecto a la construcción con otros materiales industriales, como el ladrillo cocido o el hormigón, a lo largo de todo el proceso de fabricación y vida útil de la edificación. Se han diferenciado cuatro fases dentro de este proceso:

1. Fabricación y procesado de materiales de construcción
2. Transporte de materiales
3. Puesta en obra
4. Vida útil de la edificación

 

1.FABRICACIÓN Y PROCESADO DE MATERIALES

Para la fabricación y procesado de los múltiples sistemas de construcción con tierra como los adobes, la conformación de los muros de tapia o la quincha, por nombrar lo más conocidos en Europa y América Latina, obviamente se emplea mucha menos energía que la necesaria para fabricar otros materiales convencionales industrializados.

La fabricación de ladrillos o de bloques de hormigón, así como del cemento, necesita recurrir a la quema de combustibles fósiles para obtener las altas temperaturas necesarias en su procesado industrial, frente a la fabricación manual y secado al sol de los sistemas de tierra cruda. Y aunque para algunas tipologías como el adobe o el tapial existen mecanismos de prensado y producción en serie que utilizan energía eléctrica para su funcionamiento, se considera poco representativo en cuanto a consumo energético.

Dcha. Fabricación manual de adobes con prensado mecánico y manual [3].

Con el fin de realizar un análisis comparativo de los recursos naturales consumidos en la fabricación de productos para la construcción con tierra y productos industriales se toman como ejemplo el adobe y el ladrillo cocido, por ser dos productos de morfología y puesta en obra similar pero que requieren un proceso de fabricación distinto :

Los recursos naturales que se consumen durante el proceso de fabricación de ladrillos y derivados de arcilla son el agua, aire, arcilla y combustibles; En el caso de las construcciones con tierra cruda los materiales necesarios para la preparación del mortero son grava, arena, limos, arcilla y agua [2].

El adobe requiere una energía de 2000 BTU para fabricarse, que consiste en el secado al sol, cuya energía es renovable, limpia y natural sin requerir necesariamente de apoyo externo ni una inversión económica de infraestructuras más allá de un molde de madera o metal; El ladrillo sin embargo necesita 30.000 BTU para su fabricación, siendo necesaria una cocción a altas temperaturas que se consigue a través de  la quema de combustibles (generalmente combustibles fósiles) que emiten CO2 y otros gases de efecto invernadero a la atmósfera [10], y que a su vez han tenido que ser extraidos y transportados del lugar donde se han formado con maquinaria especializada que se suma al consumo de recursos energéticos.

Para realizar la comparativa de consumo de recursos naturales entre la fabricación del ladrillo y de los adobes, se toma el carbón como combustible para la elaboración de los ladrillos cocidos, por ser el más utilizado en la mayoría de empresas ladrilleras de América Latina y específicamente utilizado en los secaderos artificiales y en los hornos de cocción.

El consumo de carbón en la etapa de cocción se realiza en base a la utilización de un horno tipo Hoffman[17], un horno de alta eficiencia y ampliamente difundido en este tipo de industrias, siendo el  consumo total de carbón en el proceso completo de fabricación de ladrillos de 72.57 Kg/Ton de producto, donde el 83% (60 Kg/Ton ) es utilizado en el horno y el restante 17% (12.57 kg/Ton) en el secadero.

En la tabla siguiente se muestran las cantidades que se consumen de cada recurso y de energía expresada en Kg de CO2 equivalentes por tonelada de artículos producidos.  [Elaboración propia]: datos extraídos de la Red Interinstitucional de Energías Limpias [8].

Un dato a tener en cuenta en este proceso es que la tierra arcillosa para la fabricación del adobe se suele encontrar in situ, pudiéndose reaprovechar la tierra obtenida de las excavaciones de la cimentación.

De los datos expuestos anteriormente se deduce que la fabricación del ladrillo consume en relación a la fabricación del adobe 15 veces más energía y 3 veces más agua, emitiendo 228,8 Kg/Ton de CO2 en relación a las 0 Kg/Ton de CO2 del adobe.

*Las emisiones de CO2 varían según el tipo de carbón que se queme. Tomamos como referencia un carbón con un 78% de contenido en carbono y 14000BTU, que emite 2.86Ton de CO2 por tonelada de carbón quemado [9].
**Los Kg de CO2 emitidos por Kwh de energía producida varían según la fuente de energía utilizada. La media de Brasil según algunos programas de cálculos de emisiones de CO2 equivalentes [11], se estima en 98kg de CO2 cada 1000KWh (entre las más bajas), mientras que en China la media está en 836 Kg de CO2 cada 1000KWh, siendo una de las más altas de los países registrados. Tomamos un dato intermedio de 400kg de CO2 cada 1000KWh para el cálculo comparativo.

 

2.TRANSPORTE DE MATERIALES

El transporte y manipulación del barro in situ requiere tan sólo un 1% de la energía requerida para el transporte y manipulación del hormigón o el ladrillo cocido [3]. La cadena de transporte de materiales de construcción necesita el traslado de materias primas necesarias para la fabricación de los productos, el transporte de los productos desde la fábrica al almacén, y del almacén al punto de puesta en obra.

En sistemas constructivos de tierra cruda el transporte se reduce al traslado local de tierra o adobes en el caso de que el espacio para la extracción de tierra o proceso de secado sea insuficiente.
Cada litro de diesel consumido en transporte tiene una equivalencia de 2,75Kg CO2. Tomando que el consumo medio de un camión de mercancías de dos ejes está alrededor de 30l cada 100km obtenemos las emisiones equivalentes de CO2 cada 100Km:


Consumo de gasóleo y Kg CO2 equivalentes.  [Elaboración propia]: datos extraídos de E-CO2 Calculadora: Emisiones de CO2 por tipo de combustible y uso [11].

 

3.PUESTA EN OBRA

Con una debida capacitación técnica, la construcción con tierra cruda puede ser ejecutada por mano de obra no cualificada, por lo que se convierte en un material apropiado para la autoconstrucción.

Existen diferentes niveles de tecnificación de la puesta en obra, sobre todo en los sistemas más utilizados como el adobe, el tapial y la quincha, de modo que no se depende de la tecnología para su construcción pero existen herramientas que la facilitan, sistematizan y mejoran.

La puesta en obra con sistemas de tierra cruda consume una tercera parte del agua que consume una obra de ladrillo y una sexta parte del agua necesaria para construcciones de hormigón.

Dcha: Herramientas de prensado manual y mecánico para la puesta en obra de muros de tierra apisonada [3].

Los sistemas constructivos desarrollados en cada contexto están diseñados para adaptarse al clima donde se ubican y por tanto no necesitan aislantes adicionales para protegerse del frío, del calor o de la humedad, como veremos más adelante. Del mismo modo el propio mortero de barro funciona como conglomerante en los casos en los que los sistemas estén despiezados, de forma que el proceso de construcción se simplifica al no depender de los tiempos de fraguado del mortero de cemento (en el caso de que el mortero se fabrique manualmente). Estos dos factores suponen un enorme ahorro de materiales en la construcción, ya que con un solo material se solucionan tres necesidades distintas.

Al ser reutilizable indefinidamente con sólo remojarlo en agua nunca se convertirá en un material de desecho, pudiéndose aprovechar para construcciones sucesivas.

Izda: Puesta en obra de muro de tierra apisonada o tapial con prensado manual [3]

 

4.VIDA ÚTIL DE LA EDIFICACIÓN

El análisis comparativo del consumo energético a lo largo de la vida útil del edificio se ha considerado desde su puesta en funcionamiento hasta la caída en desuso de la edificación o demolición. Este último punto se ha estimado relevante dada la importancia y magnitud de los residuos generados por la construcción.

El coeficiente de conductividad térmica del adobe es de 0.25 W/m ºC siendo el del ladrillo de 0.85W/mºC y el del hormigón/concreto de 1.50 W/mºC.

La capacidad de aislante térmico del los muros construidos con tierra reduce o incluso evita el uso de sistemas de climatización, lo que supone un ahorro económico, energético y de emisiones de CO2 muy importante. Una vivienda construida en adobe o tapial en países fríos con una adecuada orientación apoyada por alguna técnica climatización pasiva por energía solar, podría llegar a prescindir totalmente de sistemas de calefacción que consuman combustibles, lo cual supondría un ahorro en el consumo de energía entre un 30% y un 40% del total de energía para su climatización consumida durante el año.

Dcha: Acondicionamiento pasivo de vivienda de tierra cruda. [Elaboración propia]


RESULTADOS Y CONCLUSIONES

Al realizar un balance del análisis anterior se obtiene que el ahorro energético de la edificación con tierra a lo largo de su proceso de construcción y vida útil está entre un 30-40%, y el ahorro económico en materiales supone un 30-45% dependiendo de la línea de base con la que se compare.

Para la construcción de una vivienda de 50m2 y 3m de altura situada a 100km de una fábrica de ladrillo que a su vez extrae los materiales de un suelo arcilloso situado en un radio de 30km, una construcción de ladrillo* con muro de 20cm de espesor tendría unas emisiones de CO2 eq = 4466 Kg** sólo en la construcción de sus muros perimetrales, sin tener en cuenta la energía de fabricación y emisiones relativas al aislante térmico usualmente necesario.
Si tomamos esta vivienda como referencia, la misma construcción de muros de tierra cruda con espesor 50cm (dimensiones mínimas habituales) tendría:

  • Emisiones de CO2 eq = 0 despreciable
  • Ahorro de un 30-40% de consumo de energía
  • Ahorro de un 66% en el consumo de agua
  • Ahorro de costes en transporte, material para muros, cubierta y tabiques, mortero de cemento = 40% aproximadamente

*Peso específico ladrillo hueco: 1400kg/m3 . Ladrillo: Muro de 20cm con cámara de aire (7+6+7)=12,6m3 de ladrillo hueco…17,6Ton de ladrillo)
**Emisiones de CO2 eq = 430kg (2 viajes ida + vuelta) + 4036Kg CO2 (fabricación) = 4466 Kg CO2 eq

Conclusiones: La construcción con tierra es una tecnología apropiada, al alcance de un gran número de personas a lo largo y ancho de todo el mundo y en todos los continentes, que puede aportar grandes beneficios a la sociedad, respetando el medio ambiente, el paisaje cultural, siendo más barata y sencilla de construir.

Por cuestiones de sostenibilidad ambiental, económica y social, disponibilidad, seguridad y accesibilidad a una vivienda digna, existe una necesidad de romper con las creencias y prejuicios que existen sobre la construcción con tierra frente al “material noble”, nomenclatura del hormigón y del ladrillo en América Latina que resulta muy simbólica en su connotación.

La existencia de multitud de sistemas de construcción que se han adaptado a las adversidades climáticas e incluso a grandes amenazas como pueden ser los sismos, debería ser suficiente para recuperar la confianza desvanecida progresivamente por el mal manejo de la construcción con tierra que ha hecho de ella un bien fácilmente perecedero. Aprender de los buenos ejemplos de habitabilidad tradicionales para salvar modelos válidos que además contribuyan a fortalecer la identidad de los pueblos que no creen en la validez de los frutos de su cultura.

En algunos países de Sudamérica, se está empezando a recuperar, por un esfuerzo de teóricos y Universidades, la confianza en este material milenario a través de la elaboración de códigos técnicos de construcción con adobe que cumplen la normativa de prevención frente al sismo y de salubridad, como la Norma E.080 del Perú. Estas técnicas ahora recogidas en normativas nacionales son una actualización de sistemas ya existentes mejorados constructivamente, que empiezan a llegar a la población desde la educación y la política.

Dcha:  Diagrama establecido por el grupo CRATerre de las diversas familias de sistemas de construccióncon tierra cruda antiguos y modernos[16].

 

Fuentes :