Recomendaciones para minimizar la huella de carbono de los forjados de edificación con el nuevo código estructural

El cumplimiento de los objetivos de descarbonización adquiridos por España para el 2030 pasa necesariamente por la aplicación de estrategias tecnológica y económicamente viables en los sectores difusos: transporte, edificación y agricultura principalmente, que representan aproximadamente el 60% de las emisiones totales en España. De este total, el sector residencial, comercial e institucional representa un 14%, lejos del 36% que suponen las emisiones de los edificios a nivel europeo, pero no por ello poco relevante.

Centrándonos en los edificios de nueva construcción, las emisiones embebidas y operativas se distribuyen aproximadamente al 50% y, teniendo en cuenta que las tecnologías de mejora de la eficiencia energética, la electrificación de los edificios de nueva construcción y la integración de renovables se está acelerando gracias, en parte, a las políticas de la Unión Europea, es de esperar que el 50% que representan las emisiones operativas se reduzcan significativamente en el futuro. 

Por lo tanto, la búsqueda de estrategias alternativas que permitan reducir la huella de carbono embebida de los edificios de nueva construcción debe ser una prioridad técnica y también social si queremos cumplir los compromisos adquiridos en 2030.

Huella de carbono embebida y la importancia del canto de los forjados

Las emisiones embebidas son las emisiones totales generadas en la construcción de un edificio, en las operaciones de mantenimiento y en las tareas de deconstrucción/demolición y gestión de residuos. Las emisiones embebidas incluyen la fabricación de los materiales y productos, el transporte de estos a la obra y las emisiones generadas por la maquinaria y equipos durante la ejecución de la obra.

Por otro lado, las emisiones operacionales son las generadas por el uso del edificio: climatización, luminarias, electrodomésticos, etc. y se extienden a lo largo de toda la vida útil del edificio (50 años o 100 años).

Como se ha comentado previamente, aunque puede haber variaciones en función del tipo de edificio, se estima que el carbono embebido representa el 50% para un edificio medio de nueva construcción [1].

De esta huella de carbono total embebida, la estructura sobre rasante de un edificio convencional supone aproximadamente un 35-40% del total [2] y es, por lo tanto, uno de los elementos constructivos del edificio en el que hay que incidir si se quiere lograr una reducción significativa de las emisiones embebidas totales.

Y dentro de esta estructura sobre rasante, uno de los elementos que más influyen en la huella de carbono es la tipología estructural del forjado y, en concreto, su canto total y su peso.

Por un lado, el canto del forjado condiciona su peso. Teniendo en cuenta que la densidad del hormigón armado es de 25 kN/m3 , un incremento de un centímetro en el canto de un forjado de losa maciza supone un incremento de peso 25 kg/m2 y un incremento directo de su huella de carbono de 2,36 kg de CO2 -equiv/m2 de estructura.

Pero no solo debemos fijarnos en el impacto directo de aumentar el canto del forjado, sino en la influencia que tiene dicho incremento en el resto de elementos constructivos del edificio. Un mayor canto del forjado implica una mayor altura del edificio y una mayor huella de carbono asociada a una mayor superficie de fachada. Por otro lado, el incremento del peso del forjado debido a una mayor necesidad de canto aumenta el peso total del edificio, lo que redunda en una mayor cimentación y, por lo tanto, en una mayor huella de carbono asociada.

Así pues, como conclusión general, si queremos reducir la huella de carbono embebida del edificio, es necesario optimizar el canto y el peso de los forjados.

El esfuerzo de punzonamiento y el nuevo Código Estructural

Como hemos visto en el punto anterior, el canto del forjado tiene una influencia directa y relevante en la huella de carbono embebida del edificio. Y a su vez, el canto del forjado está condicionado por la necesidad de resistir el esfuerzo de punzonamiento, especialmente en el caso de utilizar losas planas o forjados reticulares, que son dos tipologías estructurales muy frecuentes en España.

En concreto, la capacidad resistente de estos tipos de forjado frente al esfuerzo de punzonamiento ha generado un profundo debate en España desde que entró en vigor, en noviembre del año 2021, el nuevo Código Estructural, ya que la nueva formulación para el punzonamiento difiere notablemente de la formulación de la EHE-08, principalmente en dos puntos:

• La limitación que propone el Código Estructural a la capacidad resistente de la losa de hormigón como 1,5 veces la capacidad resistente del hormigón de la losa independientemente de la cantidad de armadura de punzonamiento que se dimensione, salvo que se disponga de un producto patentado (en el cuadro rojo, el término de esta limitación). Por lo tanto, en el caso de que se haya alcanzado este límite y el sistema de armado no disponga de una Evaluación Técnica Europea, el suplemento de la armadura de punzonamiento con una cuantía superior no supone ninguna mejora en la resistencia de la losa frente al esfuerzo de punzonamiento, por lo que únicamente es posible mejorar la capacidad estructural de la losa frente al punzonamiento aumentando la resistencia característica del hormigón o incrementando su canto.

• El cálculo del coeficiente β para el cálculo de la tensión tangencial máxima de punzonamiento cuando la reacción del pilar es excéntrica con respecto al perímetro crítico. La EHE-08 permitía adoptar, sin ningún cálculo adicional, valores de β iguales a 1,15; 1,4 y 1,5 para pilares interiores, de borde y de esquina respectivamente. Sin embargo, el Código Estructural obliga a calcular el valor de β salvo que se cumplan simultáneamente dos circunstancias:
  • Que la estabilidad lateral no dependa de que las losas y pilares trabajen como pórticos.
  • Que las luces de los vanos adyacentes no difieran más de un 25%. Si se cumplen estas dos condiciones, el Código Estructural permite adoptar los coeficientes simplificados que ya estaban en la EHE-08. Y el motivo por el que este cambio es tan relevante es que cuando se calcula el coeficiente β de forma general, puede alcanzar valores de 3, 4 o hasta 4,5; lo que puede implicar que el esfuerzo de punzonamiento se triplique con respecto a los valores que se utilizaban en el cálculo cuando se aplicaba la EHE-08.

En resumen, si la capacidad resistente de la losa con armadura de punzonamiento está limitada por la capacidad resistente del hormigón y el esfuerzo de punzonamiento puede incrementarse en hasta un 300%, el diseño de losas armadas o forjados reticulares con mayores cantos es prácticamente inevitable, con el impacto negativo que este incremento tiene sobre la huella de carbono embebida del edificio.

Pero como proyectistas, no debemos ser conformistas y limitarnos a diseñar edificios más pesados y con una huella de carbono embebida mayor. Es clave que adoptemos decisiones previas que permitan optimizar los forjados y satisfacer las exigencias del Código Estructural. La primera de estas decisiones ya se ha comentado previamente y consiste en rigidizar horizontalmente el edificio mediante núcleos de hormigón en los huecos de ascensor o de escaleras, de manera que la rigidez horizontal de la estructura no dependa de que la losa y los pilares funcionen como pórticos. A esta decisión debemos añadir la exigencia de que las luces de los diferentes vanos estén equilibradas y que no difieran en más de un 25%, para limitar la excentricidad de las cargas en los apoyos. De esta manera, podremos adoptar los valores simplificados del coeficiente β y mantendremos el valor del esfuerzo de punzonamiento muy acotado.

Por otro lado, debemos valorar la conveniencia de evolucionar nuestros diseños hacia losas pretensadas en lugar de losas armadas, por los siguientes motivos:

• La esbeltez de las losas pretensadas es mayor y permiten reducir el canto de los forjados con los beneficios que previamente hemos expuesto.
• Las tensiones de compresión de las losas pretensadas garantizan un mejor comportamiento de las losas frente al esfuerzo de punzonamiento.
• Los hormigones que se utilizan en el caso de las losas pretensadas son de mayor calidad con una resistencia característica a compresión mayor, lo que también contribuye a una mejora del comportamiento de la losa frente a los esfuerzos de punzonamiento.

Y, por último, podemos plantearnos la utilización de soluciones innovadoras, forjados aligerados que permitan superar las nuevas exigencias del Código Estructural en lo referente al esfuerzo de punzonamiento, a la vez que optimizan el uso del material, reducen el canto del forjado y permiten integrar las instalaciones en el mismo canto del forjado.

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[1] WBCSD y Arup, 2021. Net-zero buildings. Where do we stand?

[2] Assessment of CO2 Emissions Reduction in High-Rise Concrete Office Buildings Using Different Material-Use Options C.K. Chau, W.K. Hui, W.Y. Ng, T.M. Leung and J.M. Xu The Hong Kong Polytechnic University, Hung Hom, Kowloon, Hong Kong.

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Este artículo aparece publicado en el nº 594 de CIC, págs. 72 a 74.