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Aislantes biobasados: Reducción de la huella de carbono a través del uso de subproductos de la madera en edificios residenciales en Santiago de Chile
(2023) Donoso Rosas, Leopoldo Rolando Eleuterio; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Palma Rojas, Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Desde los años 70, el mundo se ha enfocado en reducir la energía operativa, entendiendo que tiene un peso importante en las emisiones de huella de carbono del sector de la construcción. Esto ha decantado en la aprobación de certificaciones o estándares a nivel nacional e internacional que promueven el uso de viviendas más aisladas. Por otro lado, la normativa chilena ha intentado reducir en parte la energía térmica de calefacción de edificaciones, principalmente mediante el aumento del aislante térmico. Esto, junto a una descarbonización de la matriz energética, pone en mayor relevancia la energía incorporada, donde al tener más aislante, mayores son las emisiones de carbono totales a considerar. El objetivo de esta tesis es buscar alternativas idóneas o viables de aislante térmico con baja huella de carbono en su etapa de producción, evaluando el uso de biomateriales como materia prima y su eficacia como aislante, frente a aislantes convencionales, sin que afecte negativamente las demandas energéticas de un edificio residencial ubicado en Santiago de Chile. Además, identificar la viabilidad y limitaciones de este elemento para adentrarse en el mercado nacional, de tal manera que pueda ser incorporado en proyectos habitacionales en el país. Para ello, se lleva a cabo una recopilación exhaustiva de datos sobre los diversos materiales aislantes, sus propiedades, ventajas y desventajas. Se presta especial atención a los aislantes biobasados con potencial en Chile. Esta información sirve como base para establecer criterios y realizar experimentos que conducen al desarrollo de un prototipo de aislante térmico basado en aserrín, el cual se compara con un aislante convencional. Luego se realiza un análisis comparativo basado en múltiples parámetros para evaluar cómo los aislantes biobasados se comparan con los convencionales, en cuanto a la demanda energética y la huella de carbono. Este enfoque permite identificar las limitaciones asociadas con los materiales biobasados y acercarse a la identificación de un elemento idóneo o viable para edificios residenciales en Santiago de Chile. Los resultados sugieren que la adopción del aislante biobasado de aserrín muestra un prometedor potencial para mejorar la eficiencia energética en la construcción y reducir la huella de carbono. Su versatilidad en diversas aplicaciones y su potencial estético, ofrece un camino prometedor para lograr su adopción exitosa en el mercado chileno. No obstante, su éxito requerirá superar desafíos técnicos y económicos, así como cumplir con las regulaciones y estándares de seguridad establecidos en Chile. Asimismo, será esencial que la normativa, respaldada por políticas públicas, considere y promueva alternativas más sustentables e informadas en relación con los materiales utilizados en la construcción, con el objetivo de reducir las emisiones de carbono en el futuro.
El edificio adaptable como alternativa a la demolición y remodelación profunda. Comparación de huella de carbono entre edificaciones de hormigón y madera en Santiago según escenarios de cambio
(2023) Galilea Brown, Cristián; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Palma Rojas, Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Dado el contexto en que la industria de la construcción es responsable de gran parte de la crisis climática mundial, se hace primordial que la sostenibilidad pase a ser considerada desde todas las aristas del rubro. Es esta sostenibilidad la que muchas veces se ve amenazada debido a que como sociedad estamos sujetos a constantes cambios que hacen que nuestro habitar se desarrolle de manera dinámica y cambiante. Es así como la adaptabilidad del vivir de los humanos se convierte en una herramienta esencial y necesaria para nuestro desarrollo en el espacio de forma sostenible. Esto significa que nuestro entorno construido debe ser capaz de adaptarse a nuestros hábitos cambiantes, por lo cual es importante considerar entonces como nuestras construcciones responden a estos factores e influencias que hacen necesario realizar un cambio en ellos. De no ser así, la modificación de los edificios y sus partes puede llevar a grandes volúmenes de desechos y una elevada huella de carbono. Debido a lo anterior, esta tesis busca evidenciar las elevadas emisiones que significa la rigidez que los edificios presentan ante cambios de usos y exigencias internas o externas, además de demostrar la falta de integración de un diseño para la adaptabilidad en estos. Esta se lleva a cabo mediante la propuesta de distintos escenarios de cambio para edificios de mediana altura en hormigón y madera, con los cuales se calcula y compara su huella de carbono. Para el estudio se consideran como eventos de cambio: la demolición de un edificio, su remodelación profunda y una alternativa basada en su desarrollo desde un inicio con criterios de adaptabilidad. La elección de la madera en comparación con el hormigón resulta en una disminución de emisiones a lo largo de la vida útil del edificio, como también de manera más específica, al enfrentarse este ante un escenario de cambio. De manera similar la integración de parámetros de adaptabilidad en el diseño de un edificio de madera ayuda en la reducción de emisiones al enfrentarse este a una situación de cambio. Es así como los resultados no solamente orientan hacia la elección de la madera como material constructivo principal, sino que además demuestran la necesidad de considerar criterios de adaptabilidad para así evitar situaciones que podrían llevar a altos niveles de desechos y emisiones.
Evaluación de estrategias que eviten el sobrecalentamiento en edificios de madera en climas mediterraneos templados con alta radiación solar. Caso de estudio: edificio residencial en Santiago, Chile
(2023) von Marees Recio, María Begoña; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
En Chile, el sector constructor emite entre un 30 y un 33% de las emisiones de gases de efecto invernadero, siendo el sub-sector residencial el que se lleva casi un 79% de estas emisiones. Adicionalmente, existe un déficit habitacional de 588.632 viviendas, lo que genera una tensión entre la necesidad de construir viviendas y mitigar el cambio climático. Para que esta relación sea mitigante en cuanto a emisiones de CO2, el papel de la madera es primordial, siendo este el material de construcción con mayor potencial para disminuir los niveles de CO2 atmosférico al secuestrarlo en su estructura. El problema radica en lo siguiente; en Santiago el clima es mediterráneo templado (Csb) con altos niveles de radiación solar, lo que representa un desafío para la construcción en madera ya que esta tiende a sobrecalentarse. Se plantea la aplicación de estrategias pasivas de diseño para prevenir el sobrecalentamiento. El objetivo principal de esta investigación es investigar, demostrar y cuantificar de qué manera las estrategias pasivas de diseño disminuyen la probabilidad de sobrecalentamiento en edificios de madera en climas Csb con alta radiación, para permitir su desarrollo y contribuir a disminuir las emisiones de CO2 del sub-sector constructor residencial. Para lograr esto, se realiza un levantamiento de información del fenómeno del sobrecalentamiento, en edificios de madera en climas mediterráneos templados con alta radiación solar, para generar un estado del arte y definir todas las estrategias pasivas de diseño que pueden ser utilizadas bajo estas condiciones climáticas. Se realizan simulaciones para comparar la demanda de energía operativa y el confort en un edificio de madera CLT sin y con estrategias pasivas aplicadas, con el software DesignBuilder. Finalmente, se comparan los dos edificios anteriores más el mismo en hormigón armado, con respecto a sus emisiones de CO2 con el software Athena, esto para concluir que las estrategias pasivas son elementos básicos e indispensables en la construcción en madera en climas Csb con alta radiación solar, al lograr disminuir las probabilidades de sobrecalentamiento y mitigar las emisiones de CO2 atmosférico.
Facade as a service. The measurable impact of the servitization of window walls in reducing the carbon footprint of office buildings in Santiago de Chile
(2023) Bäcker, Antonia Lulu Inés; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
From an energy point of view, houses are rebuilt approximately every 40 years due to updates in finishes, services, and facades. The facade contributes 28% of the initial and 30% of the recurring embodied energy, demonstrating that it plays not only a significant role in determining the operational consumption of a building but also its total embodied energy. By combining the sale of a facade with a contract for regular maintenance and updates, a concept known as servitization, there is considerable potential to enhance the lifespan and performance of the facade as well as the building, resulting in an improved carbon footprint overall. The objective of this research is to investigate the extent to which the carbon footprint of a building can be reduced over a short-, medium- and long-term horizon, aligned with a building’s lifespan, by servitizing the facade. To facilitate the interchangeability and reuse of modules, the research focuses on window walls, defined as non-loadbearing facade claddings spanning from floor to floor. This investigation employs three methods: literature review, field research, and computer modeling. A comprehensive literature review is conducted to provide a picture of the current state of the art in facades and their servitization. This is followed up by field research aimed at assessing the practices of facade construction and maintenance in Santiago de Chile. Finally, the software applications Designbuilder and Athena are utilized to evaluate the impact of maintenance and retrofits on embodied energy compared to operational energy savings. The study yields five different scenarios with different facade modifications implemented over time, outlining the potential impact of servitization on the carbon footprint of a building. The results of the investigation demonstrate that the operational energy savings outweigh the increase in embodied energy. This results in a net reduction in the building’s carbon footprint, given that as of today Chile’s energy generation still relies on fossil fuels. However, as the share of renewable energies increases, the impact of embodied carbon will increase in relation to operational energy. Therefore, leveraging carbon-negative materials like wood for facade modifications is of growing relevance.
Propuesta de construcción modular en madera: eficiente y con baja huella de carbono para edificación de altura media. Caso de estudio: edificio de vivienda en Santiago, Chile
(2023) Gilo Howard, Ane Miren; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
La construcción tradicional en hormigón y acero presenta diversos problemas, tanto en el impacto que genera en el medio ambiente (emisiones de contaminantes, impactos acústicos) como ineficiencias en sus procesos productivos que generalmente se reflejan en retrasos en el tiempo de ejecución y excesos en el presupuesto debido a imprevistos en la obra in-situ. La presente investigación analiza como método alternativo, la construcción modular utilizando como materia prima la madera y evalúa si efectivamente es tiene une menor huella de carbono y presenta mayor eficiencia en los procesos productivos. Las preguntas a responder son las siguientes: ¿Se puede disminuir la huella de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida (considerando el carbono incorporado y la energía operativa) de un edificio a través de la construcción modular en madera? ¿Qué soluciones constructivas permiten un menor uso de material pero que brindan las mismas ventajas que los módulos enteros que hasta ahora se utilizan en la construcción modular? ¿Cuáles agrupaciones de módulos constructivos permiten la disminución de CO2 en el contexto de vivienda de altura media en Chile? El sistema modular a estudiar implica la fabricación previa de elementos en una instalación fuera del lugar de construcción y su posterior ensamblaje en el sitio definitivo. Esta metodología permite sincronizar la fabricación con la preparación del terreno y la cimentación, resultando en una reducción significativa en el tiempo de construcción, con proyectos completados hasta un 50% más rápido que con métodos tradicionales. Sin embargo, la construcción modular no está exenta de desafíos y defectos. Estos desafíos pueden agruparse en diferentes categorías, como limitaciones de diseño, complejidades en el transporte y logística, ineficiencias en los materiales y posibles aumentos en los costos. Teniendo en cuenta las implicancias de la construcción modular, el gran desafío es facilitar los procesos constructivos para poder lograr que esta sea más eficiente en costos y que se pueda utilizar de manera más cotidiana, masiva con el fin de disminuir la huella de CO2 de la construcción. La tesis plantea dos objetivos: El primer objetivo consiste en disminuir la energía incorporada en la construcción del edificio. Esto se hace mediante tres operaciones: el cambio de material constructivo de hormigón a madera que tiene una menor huella de carbono incorporada; el uso de arquitectura modular prefabricada que disminuye el tiempo de construcción y la huella de carbono; y el desfase de los módulos, lo que permite una solución constructiva de encaje que reduce la cantidad de material utilizado. El segundo objetivo consiste en minimizar la energía operativa en un horizonte de 60 años de diferentes agrupaciones volumétricas generadas por la distinta superposición de módulos, con el fin de encontrar la agrupación que logre tener la huella de carbono más baja. Para lograr cuantificar estos objetivos, se llevará a cabo una comparación simulada a lo largo de 60 años, que incluirá el proceso constructivo (energía incorporada), el tiempo de uso (energía operativa), la etapa final de vida y la demolición. Las simulaciones se llevan a cabo en programas como Design Builder y Atenas. Como resultado de la investigación se espera que el desfase de los módulos constructivos disminuya las superficies en donde hay una doble capa del material, y que en estas superficies de conexión entre un módulo a otro se genere una solución constructiva de entresacados que reduzca la cantidad de material utilizado para reducir las emisiones de carbono de la energía incorporada en el edificio y por lo tanto en el ciclo de vida del edificio. Por otro lado, se espera llegar a una estrategia de posicionamiento de módulos que disminuya la energía operativa durante el ciclo de vida de un edificio.
Reducción de energía incorporada ligada a la reparación de elementos estructurales tras un evento sísmico para un edificio de vivienda en madera en Santiago de Chile
(2023) Saavedra Veloso, José Ignacio; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Palma Rojas, Diego; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Bajo la perspectiva sísmica de Chile, y en consideración al terremoto ocurrido en nuestro país el 27 de febrero de 2010, se dejó por establecido que, con el uso del hormigón, la preocupación previa que se dinamizaba en cuanto a supuestos derrumbes y/o demoliciones de edificios, ya no era de gran importancia, ya que este material tiene una gran resistencia para los esfuerzos estructurales que implica un sismo. Sin embargo, a pesar de ser un material ultra resistente, puede sufrir daños sustanciales que necesitan una reparación, reacondicionamiento, o bien, un reemplazo. Lo anterior, nos lleva a cuestionar si en un ciclo de vida de longevo, no se estaría aumentando en una cantidad considerable la energía incorporada que tiene este tipo de edificio, debido a la alta tasa de reparación. ¿Es la madera una respuesta para garantizar una calidad estructural frente a los sismos con una baja tasa de mantención? El objetivo de esta tesis busca evidenciar como una estructura de madera permite trabajar con los sismos y disminuir la energía incorporada frente a los daños que implica el evento comparado con una de hormigón que tiene altos costos de reparación. Para comprobar el punto anterior, se ponen a prueba los elementos estructurales de un edificio convencional, en este caso los Pilares. Primero se hace un levantamiento volumétrico de un caso base de madera, el cual tiene un uso tradicional en la construcción; Segundo, el caso comparativo que en este caso es el Pilar de hormigón, para analizar la diferencia entre estos materiales, haciendo hincapié en la problemática inicial de como el hormigón tiene mayores costos de reparación que la madera; Tercero y final, las posibles iteraciones que un pilar de madera pueda tener, teniendo como variable las uniones que existan dentro de la construcción tradicional (acero, empalme de madera, herrajes, pletinas, clavos, etc.). Por ello, y, en síntesis, el desarrollo comparativo que se llevará respecto a los dos resultados, nos llevará a concluir que: 1. La alta rigidez estructural del hormigón y su “eternidad” va acompañada de altos costos de reparaciones, puesto que tras los terremotos este material tiende a dañarse con facilidad. Lo que se traduce en un aumento en la energía incorporada y mayores emisiones de CO2. Y, por el contrario, la madera permite una flexibilidad estructural y ductilidad en la configuración de sus uniones con otros materiales (acero) ante un evento sísmico, sin dañar sustancialmente la misma estructura ni necesitar una mantención o reparación de mayor envergadura.
Reducción de huella de carbono en uniones de acero en estructuras de madera en altura: análisis comparativo entre uniones carpinteras, mecánicas e híbridas: caso de estudio: edificio de oficinas, Santiago de Chile
(2023) Carrasco Iglesias, Joaquín; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
En la actualidad, la arquitectura en madera se ha establecido como una forma de construcción atractiva para edificaciones de mediana y alta altura por sus beneficios ambientales y su fácil manejo para su montaje en obra. Produciendo una reducción significativa en la huella de carbono de un edificio en comparación si se construyera con materiales tradicionales tal como el acero y el hormigón. Sin embargo, dentro de los componentes estructurales que se integran a este tipo de edificaciones existen elementos que presentan altas emisiones de CO2, los cuales corresponden a las uniones metálicas, representando en promedio el 20% del peso del edificio, teniendo una huella de carbono de 2 Ton CO2 por cada tonelada de acero producido, al contrario que la madera tiene por cada tonelada equivale a -0.65 Ton CO2. Es por esto que la investigación tiene como objetivo abordar este componente en función de reducir la huella de carbono de las uniones metálicas en relación al resto de la construcción, mediante el desarrollo de una lógica comparativa de uniones que determine cuales se podrían combinar entre sí y que de como resultado una reducción en su huella de carbono gracias a la utilización de menos componentes de acero o utilizando madera en su lugar. Por ende, la metodología a seguir consiste en realizar un estudio de diferentes casos de edificios de madera en altura, para analizar sus respectivas uniones en relación a su impacto en la huella de carbono mediante el Software Athena, permitiendo hacer un punto de comparación entre varios tipos de uniones, evaluando también sus propiedades estructurales junto con un análisis crítico que revele los aspectos positivos y negativos de cada iteración, logrando así una lógica constructiva que considere dichos aspectos de la unión en el proceso del diseño del edificio en función de reducir su impacto.
Reducción de las emisiones de CO2 equivalente en la construcción de edificios de vivienda en altura por medio de la construcción industrializada en madera. Caso de estudio: Edificio de vivienda en altura en Santiago de Chile construido mediante componentes prefabricados
Morandé Vidal, Pedro; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
La industria de la construcción es uno de los principales responsables de las emisiones de CO2 en el mundo, representando un 39% de las emisiones totales de CO2 equivalente declarado. Uno de los contribuyentes a estas emisiones, es la baja productividad en la construcción, al tener poco avance comparado con las técnicas usadas hace cientos de años. Esto genera un problema, en primer lugar, pensando a la meta de la carbono-neutralidad para el año 2050 y, en segundo lugar, el déficit de viviendas en Chile que llega aproximadamente a 650.000. Frente a eso, hay alternativas como la incorporación de la tecnología en este sector, mediante su industrialización y el uso de elementos prefabricados como vía para reducir las emisiones de gases de efecto invernaderos asociados a los procesos de construcción, transporte y montaje de la obra. Por lo tanto, el objetivo de este estudio es reducir las emisiones de gases de efecto invernadero en las etapas de producto, construcción y fin de vida del edificio, con un especial énfasis en la etapa de transporte y montaje. Se investiga que tipo de industrialización de la construcción en madera logra reducir en mayor medida estas emisiones, comparando diferentes sistemas, donde hay 3 sistemas modulares y 3 sistemas panelizados, variando en su paquete constructivo y el tipo de madera utilizada. Las emisiones de estos sistemas se comparan en 3 etapas diferentes. La primera, es la etapa de traslado de los elementos prefabricados. Después, se compara la etapa de montaje en obra de los elementos prefabricados. Por último, se hace un cálculo del carbono incorporado de los materiales utilizados en cada caso. La suma de estas tres etapas da un resultado que se compara para la construcción de un caso base de estudio de una dimensión similar a la del proyecto de título, que es un edificio de vivienda de siete pisos de altura en Santiago de Chile. Así, se forma una matriz con los diferentes impactos en las huellas de carbono de los sistemas y se analiza cada uno. El estudio muestra mediante bibliografía que efectivamente la construcción industrializada reduce las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación a la construcción tradicional y que la madera es el material más favorable por diferentes factores. En cuanto a los resultados obtenidos en la comparación de casos, se obtuvo que tanto para un caso base a igualdad de distancia desde las industrializadoras hacia el proyecto y el caso proyecto, con las distancias reales hacia las industrializadoras, el sistema panelizado mixto fue el caso más favorable, con 89.4 y 85.6 toneladas de CO2 equivalente respectivamente.
REVIEW AND COMPARISON OF DIFFERENT TIMBER BUILDING PRODUCTS' EMBODIED EMISSIONS USING FREE DATABASES
(World Conference on Timber Engineering, 2023) Victorero Castaño, Felipe Andrés; Mendez, Daniela; Bascuñan, Felipe; Bustamante Gómez, Waldo; CEDEUS (Chile)
This paper aims to present a brief review of sources of information for studying the variability of embodied carbon emissions in structural wood products commonly used in construction. The review considered 13 primary sources, focused on EPDs and generic databases, and allowed the collection of data for the study of 140 products divided into Sawn lumber, Glulam, OSB, and Plywood. The information collected made it possible to identify factors such as the variability of density properties, wood species, the origin of the products, among others. In addition to analyzing the variations in the biogenic carbon of the different products studied. The results allow us to conclude that although the variability of wood products can be significant, like any product of natural origin, when they are studied within the framework of the analysis of the materials of a building, they can present a smaller fluctuation than other materials such as concrete. Moreover, this effect can be accentuated in wood products with greater density or have undergone processes that increase the mass of biogenic carbon per cubic meter in the final product.
Upcycle de productos de madera para su incorporación en edificios como mecanismo para disminuir las emisiones de CO2. Caso de estudio: pallet de madera.
Silva Jubis, Isidora; Palma Rojas, Diego; Victorero Castaño, Felipe Andrés; Pontificia Universidad Católica de Chile. Escuela de Arquitectura
Los pallets de madera son soportes de almacenamiento y movilización de mercadería, y se fabrican y utilizan masivamente en la industria del transporte a nivel mundial. Estas estructuras tienen una vida útil corta, llegando a ser utilizados hasta por solo 6 meses, ya que, debido a su manipulación, es común que se dañen y terminen siendo desechados. Se estima que el 5% de la basura expuesta en vertederos corresponde a madera de pallet, y 1 pallet de madera tiene secuestrado 45,9 kg de CO2 equivalente, y al desecharse y degradarse libera esta cantidad de carbono a la atmósfera. Dada la problemática, surge la oportunidad de darle otra vida útil a estos elementos, pudiendo ser reutilizados para formar parte de un edificio. De esta forma, el objetivo de la investigación es reducir la energía incorporada y las emisiones de CO2 de un edificio mediante la reutilización de pallets, revalorizando la madera en desecho para darle una nueva vida útil. La metodología de investigación se basa en primera instancia en un análisis del ciclo de vida de los pallets dentro de la industria en la cual son utilizados; y luego en la identificación de su posible rol como elemento arquitectónico, comparándolo desde una perspectiva energética, con productos o materiales que cumplan el mismo rol y que se utilizan hoy en día en la industria.

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