ANÁLISE BIBLIOMÉTRICA DE ESTUDOS COMPARATIVOS ENTRE A CONSTRUÇÃO CONVENCIONAL E A PRÉ-FABRICADA POR MEIO DA ACV

BIBLIOMETRIC ANALYSIS OF COMPARATIVE STUDIES BETWEEN A CONVENTIONAL AND A PREFABRICATED CONSTRUCTION USING LCA

ANÁLISIS BIBLIOMÉTRICO DE ESTUDIOS COMPARATIVOS ENTRE LA CONSTRUCCIÓN CONVENCIONAL Y LA PREFABRICADA POR MEDIO DE LA ACV

Valéria Mayumi Kushima Ramos^a valeria.mayumi@yahoo.com

Universidad Federal de Paraná, Brasil

Adriana de Paula Lacerda Santos^b adrianapls1@gmail.com

Universidad Federal de Paraná, Brasil

Marcell Mariano Corrêa Maceno^c marcell.maceno@gmail.com

Universidad Federal de Santa Catarina, Brasil

Este trabalho está sob uma Licença Internacional Creative Commons Atribuição-NãoComercial-Compartilhamento Pela Mesma Licença.

É reconhecido que a indústria da construção civil possui relevância em seu local de atuação, seja em nível nacional, em que é responsável pela contribuição média de 6% do Produto Interno Bruto (PIB) do Brasil (Câmara Brasileira da Indústria da Construção [CBIC], 2017), seja em nível global, pelos impactos ambientais causados por suas atividades. O consumo mundial chega a 14% de água, 40% da energia gerada e 30% das emissões de dióxido de carbono, com estimativa de alcançar 50% em 2050 (Nações Unidas, 2009; New Zealand Green Building Council [NZGB], 2016). Quanto ao resíduo sólido urbano, a construção e demolição são responsáveis por até 61% do total gerado por município brasileiro (BRASIL, 2010).

Nesse contexto, entende-se que há a necessidade de avaliar a forma tradicional de construção e buscar meios para melhoria de seu desempenho. Verificou-se a existência de artigos que comparam, em termos de impacto ambiental, a construção convencional à pré- fabricada, levando em consideração critérios particulares definidos para cada estudo de caso.

A definição de construção convencional pode ser descrita como aquela realizada de acordo com as práticas comuns de um país em um determinado período, portanto, com variações das técnicas e materiais empregados (Sartori & Hestnes, 2007). Observou-se que cada país descreve a construção convencional de maneira distinta, levando em consideração aspectos e disponibilidade locais, com a característica em comum de ser realizada in loco ou in situ, ou seja, sua execução realizada no canteiro de obras. (Meseguer, 1991)

Características como a fabricação de produtos únicos, mão de obra desqualificada com alta rotatividade, estar sujeito à interferência das condições climáticas e a existência de um sistema construtivo já bem estabelecido e aceito (Calmon & Vieira, 2014; Meseguer, 1991; Ribeiro, 2002) levam o setor, e em particular o sistema convencional, a apresentar baixos índices de produtividade, de controle de materiais e dos processos construtivos, com consequentes desperdícios (Baldwin, Poon, Shen, Austin, & Wong, 2009; Nunes & Junges, 2008; Vasques & Pizzo, 2014).

Como forma de reverter os pontos negativos ligados à construção convencional, a industrialização apresenta o processo de pré-fabricação (Jaillon, Poon, & Chiang, 2009), em que elementos, componentes ou módulos são fabricados antecipadamente, com a transferência dessa atividade para uma instalação externa ao canteiro (Goodier & Gibb, 2007; Mao, Shen, Shen, & Tang, 2013).

Características como a padronização, sua aplicação na fase inicial do projeto e construção em massa (Goodier & Gibb, 2007; Shen, Tam, Chan, & Kong, 2002), tem o potencial de reduzir o tempo de construção e elevar a qualidade do produto final (Goodier & Gibb, 2007; Tam, Tam, & Ng, 2007) . Já a predefinição antecipada do sistema leva à inflexibilidade de alterações e custo inicial maior em comparação à técnica tradicional (Tam, Tam, Zeng, & Ng, 2007).

Nesse contexto, o presente estudo tem como problema a geração de impactos ambientais oriundos da construção civil. O objetivo é levantar estudos de caso comparativos dos impactos ambientais de uma construção realizada em sistema convencional e em pré-fabricado, coletar informações sobre os métodos construtivos e a ferramenta ACV, identificar os principais impactos avaliados e compará-los, em termos percentuais. Para avaliação dos sistemas construtivos, os estudos aplicaram a ferramenta de gestão ambiental Avaliação do Ciclo de Vida (ACV), que qualifica e quantifica os impactos dos processos e materiais de interesse ao longo do seu ciclo de vida (ABNT ISO 14040, 2014).

Inicialmente, é apresentado o referencial teórico, composto pelo estado-da-arte de estudos de ACV na construção civil e pelos artigos objeto da pesquisa, seguido da descrição do método, resultados e discussão final.

A ACV possui quatro fases: 1) Definição de objetivo e escopo, em que são apresentadas informações iniciais e básicas para o estudo; 2) Análise de inventário, para coleta e registro de dados que servirão de base para o cálculo dos impactos, atribuição pertinente à fase; 3) Avaliação de Impacto. A última e quarta fase, 4) Interpretação, que deve ser iterativa e contínua ao longo do processo, para assegurar que as informações sejam consistentes entre todas as fases e os resultados sejam de fato úteis para o estudo proposto (ABNT ISO 14040, 2014).

Cabe ao desenvolvedor da ACV definir as informações de entrada para inserção no Inventário do Ciclo de Vida (ICV) e posterior cálculo dos impactos, os quais também devem ser definidos conforme o propósito do estudo.

São utilizadas as categorias de impacto e níveis de avaliação do impacto, os indicadores de categorias e os modelos de caracterização como possíveis formas para apresentação dos resultados da ACV.

As categorias de impacto são descritas, segundo a ABNT ISO 14040 (2014), como aspectos ambientais relevantes baseados nos resultados encontrados na fase de Análise do Inventário do Ciclo de Vida. Elas podem ser classificadas conforme dois níveis de impacto: de ponto médio (midpoint), em que as saídas no ICV são agrupadas segundo características de causa e efeito no meio ambiente, como potenciais indicadores de impacto. E de ponto final (endpoint), em que são consideradas as consequências finais das categorias de impacto de ponto médio, chamadas então de danos, que são basicamente: saúde humana, ecossistema e recursos naturais (Cavalett, Chagas, Seabra, & Bonomi, 2013).

Além dessa classificação, também é possível avaliar se a categoria pode impactar global (como potencial de aquecimento global), local (ex. disposição de resíduos) ou internamente (ex. reação alérgica em humanos).

Já os indicadores de categoria estão atrelados ao mecanismo ambiental de causa, ou seja, como será medida a categoria de impacto, devendo também ser ambientalmente relevante. Por exemplo, a categoria de impacto Mudança Climática pode ter como indicador de categoria o Forçamento Radiativo Infravermelho (W/m²) (ABNT ISO 14040, 2014).

Dos modelos de caracterização derivam os fatores de caracterização, em que os impactos são agrupados de acordo com uma unidade comum e considerados na mesma categoria de impacto, que, no exemplo anterior, o forçamento radiativo infravermelho pode ser mensurado equivalentemente em termos de kg de CO2 (ABNT ISO 14040, 2014).

Impactos de grande escala provenientes do setor da construção e a singularidade dos seus produtos levam à resultados de ACV distintos e úteis ao embasamento de tomada de decisões e à criação de um banco de dados.

Diferentes stakeholders têm interesses particulares sobre os resultados encontrados: Zabalza Bribián, Aranda Usón, & Scarpellini (2009) apresentam, por exemplo, que profissionais a serviço de um município podem se embasar na ACV para definir e incentivar o desenvolvimento de áreas residenciais e comerciais. Já arquitetos e engenheiros tem a possibilidade de comparar questões de ordem técnica como a definição de materiais e métodos.

Ao ser aplicada ainda no planejamento de uma obra, possibilita simular os impactos e fazer alterações no projeto a fim de mitigá-los (Li, Zhu, & Zhang, 2010). No entanto, os resultados devem ser interpretados com ressalva, uma vez que o autor possui autonomia para tomar uma série de decisões que influenciarão o resultado final. Isso possibilita a manipulação dos impactos, como a atenuação de efeitos nocivos provenientes de certos materiais e processos, o chamado greenwashing (Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada [IPEA], 2016)

A utilização da ACV no Brasil, principalmente na construção civil, é limitada à escassez de dados nacionais e ao acesso aos dados de entrada na ACV (Castro, Silva, Arduin, Oliveira, & Becere, 2015; Miyazato & Oliveira, 2009).

Já internacionalmente, foi verificada uma quantidade de estudos comparativos de sistemas construtivos para uma edificação. Foram localizados casos na China (Cao, Li, Zhu, & Zhang, 2015; Liu, Guo, Sun, & Chang, 2016; Mao et al., 2013), Malásia (Marsono & Balasbaneh, 2015; Omar, Doh, Panuwatwanich, & Miller, 2014; Wen, Siong, & Noor, 2015), Estados Unidos (Alshamrani, 2015; Memari, Solnosky, Tufano, & Dillen, 2014; Quale, Eckelman, Williams, Sloditskie, & Zimmerman, 2012), Austrália (Aye, Ngo, Crawford, Gammampila, & Mendis, 2012), Espanha (González & García Navarro, 2006; Pons & Wadel, 2011), Portugal (Konig et al., 2007; Monteiro & Freire, 2012), Países Baixos (Ottelé, Perini, Fraaij, Haas, & Raiteri, 2011), Hong Kong (Chau, Hui, Ng, & Powell, 2012; Dong, Jaillon, Chu, & Poon, 2015), Alemanha, Canadá, Estados Unidos, Suécia (Eriksson, 2001), Itália e Alemanha (Takano & Pittau, 2013), Itália (Guardigli, 2014), Polônia (Pajchrowski, Noskowiak, Lewandowska, & Strykowski, 2014a, 2014b), Luxemburgo (Iribarren et al., 2015), Taiwan (Chou & Yeh, 2015), Lituânia (Motuzienė, Rogoža, Lapinskienė, & Vilutienė, 2016), Sérvia (Maodus, Agarski, Misulic, Budak, & Radeka, 2016) e um estudo brasileiro (Caldas, Lira, Melo, & Sposto, 2017).

Para analisar a grande quantidade de trabalho acerca da aplicação da ACV em construções, têm sido realizados trabalhos como os de Chastas, Theodosiou, & Bika (2016), que levantaram estudos de avaliação do ciclo energético de edificações residenciais. Kamali & Hewage (2016) analisaram publicações de estudos de ACV em construções modulares. Säynäjoki, Heinonen, Junnila, & Horvath (2017) analisaram a variação de resultados de 116 ACVs de edificações em sua fase pré-operacional. Geng et al. (2017) realizou uma revisão bibliométrica de artigos de ACV publicados entre os anos de 2000 e 2014. Anand & Amor (2017) revisaram estudos de ACV na construção em geral, apresentando desafios e oportunidades de pesquisa futuras.

Devido à ausência de estudos que reunissem as ACVs comparativas entre construção convencional e pré-fabricada, informações como as categorias de impacto mais utilizadas, assim como os softwares e bancos de dados e o sistema construtivo que apresentou os melhores resultados em termos de impacto ambiental, o presente trabalho analisou os estudos publicados nos últimos cinco anos e após tratamento dos dados extraídos chegou-se aos resultados descritos a seguir.

Nesta análise bibliométrica de estudos comparativos de construção executada em sistema convencional e em pré-fabricado, foram realizadas as etapas descritas na Figura 1 como estratégia para a seleção dos artigos e posterior análise de conteúdo.

Figura 1
Etapas aplicadas à revisão
Fonte: A autora (2017).

Inicialmente, fez-se o questionamento quanto a uma possível tendência à construção pré-fabricada apresentar menores impactos ambientais comparativamente à convencional, de forma que essa comparação somente seria possível em estudos de caso iguais ou equivalentes. Dessa forma, optou-se pela seleção de estudos comparativos que utilizaram a ferramenta ACV, frequentemente encontrada em artigos voltados para questões ambientais. Também se questionou o perfil desses estudos comparativos, em termos de ferramenta aplicada e características dos estudos.

Tabela 1
Seleção de artigos para a revisão

Para a seleção dos artigos, a estratégia definida compreendeu o uso de quatro bases de dados: Google Acadêmico, Science Direct, Web of Science e Periódicos CAPES, utilizando as palavras-chave LCA building construction conventional prefabricated "life cycle assessment", a fim de selecionar artigos que tratassem de ACV aplicadas comparativamente a edificações ou elementos pré-fabricados e convencionais. Como critérios foram considerados apenas artigos publicados entre os anos de 2013 e 2017, em que as palavras-chave foram aplicadas em todos os campos.

Figura 2
Características dos estudos de caso por artigo

Notas:

1 TYVEK: funciona como barreira contra água e ar

2 OSB: oriented strand board (painel de tiras de madeira orientadas)

3 MDF: medium-density fiberboard (placa de fibra de madeira de média densidade)

4 HDF: high density fiberboard (placa de fibra de madeira de alta densidade)

5 CLT: cross laminated timber (madeira laminada colada cruzada)

Fonte: A autora (2017).

Figura 2 (cont. 1)
Características dos estudos de caso por artigo

Notas:

1 TYVEK: funciona como barreira contra água e ar

2 OSB: oriented strand board (painel de tiras de madeira orientadas)

3 MDF: medium-density fiberboard (placa de fibra de madeira de média densidade)

4 HDF: high density fiberboard (placa de fibra de madeira de alta densidade)

5 CLT: cross laminated timber (madeira laminada colada cruzada)

Fonte: A autora (2017).

Figura 2 (cont. 2)
Características dos estudos de caso por artigo

Notas:

1 TYVEK: funciona como barreira contra água e ar

2 OSB: oriented strand board (painel de tiras de madeira orientadas)

3 MDF: medium-density fiberboard (placa de fibra de madeira de média densidade)

4 HDF: high density fiberboard (placa de fibra de madeira de alta densidade)

5 CLT: cross laminated timber (madeira laminada colada cruzada)

Com o total de 792 artigos, procedeu-se à primeira filtragem para refinar os resultados quanto ao assunto de interesse, por meio de avaliação do título, resumo e verificação superficial do conteúdo. Em seguida, foram excluídos artigos repetidos que apareceram em mais de uma base de dados e como terceira filtragem realizou-se a análise detalhada dos estudos.

Figura 3
Características dos estudos de caso por artigo
Fonte: A autora (2017).

Nessa etapa houve a necessidade de buscar em literatura especializada estrangeira o que é considerado como técnica convencional no país. Aqueles que não se encaixaram no comparativo entre sistema contrutivo convencional e pré-fabricado foram descartados.

Foram selecionados artigos que compararam, além de edificações como um todo, sistemas estruturais e áreas unitárias, como paredes de diferentes composições de materiais. Ainda, alguns estudos realizaram comparações entre mais de duas variáveis, foi também convencionado que a escolha se daria pelos materiais mais recorrentes entre os artigos analisados.

Com resultado final de 16 artigos a serem revisados, aplicou-se a técnica conhecida como bola de neve para buscar em suas referências outros possíveis estudos que se encaixassem na proposta da revisão. Por fim, foram avaliados 17 artigos (Tabela 1).

Na Figura 2 estão os artigos revisados, dispostos conforme o ano de publicação, com os respectivos autores, ano, país e descrição dos materiais (composição dos sistemas construtivos) utilizados no comparativo dos impactos ambientais. Na Figura 3, há a definição do objeto de estudo, o banco de dados utilizado no Inventário do Ciclo de Vida, o software usado e o método de avaliação de impacto escolhido.

Para análise comparativa entre os artigos, foram coletados todos os impactos ambientais calculados pelos autores, tanto para o sistema convencional como para o pré-fabricado, transformando a soma deles em 100%. Em seguida, foi calculada a percentagem relativa ao impacto de cada sistema para verificar qual deles foi predominante.

Na interpretação dos resultados, foi apresentada a percentagem relativa à construção convencional e à pré-fabricada para cada impacto considerado.

Por fim, são apresentadas as conclusões, com a verificação do atendimento ao objetivo inicial da revisão, discussões acerca dos resultados apresentados e sugestão de estudos futuros.

Verificou-se a concentração de estudos comparativos no continente asiático e europeu, com oito e sete artigos, respectivamente. Quanto aos limites do sistema nos ciclos de vida, na Tabela 2 estão divididos em três etapas gerais: pré-operacional, que corresponde às subetapas: extração de matérias-primas, fabricação de materiais de construção, transporte de materiais, equipamentos e uso de energia na obra, desperdício (resíduos) e transporte dos resíduos; operacional: manutenção, renovação e energia consumida durante o uso; pós-operacional: reciclagem, demolição (geração de resíduos) e transporte de resíduos.

Houve predominância de estudo de impactos referentes à etapa pré-operacional. Sobre a subetapa “extração da matéria-prima”, onze dos dezessete artigos analisaram os impactos ambientais advindos da atividade, ou seja, 65% dos artigos. Somente a subetapa “fabricação de materiais de construção” foi avaliada em todos os artigos.

Já os processos relacionados ao transporte de resíduos e reciclagem foram as menos avaliadas. Ao realizar o mesmo procedimento para as etapas, concluiu-se que 100% dos artigos analisaram impactos pré-operacionais, 53% operacionais e 41% operacionais.

Com relação às bases de dados utilizadas, o Ecoinvent foi o mais utilizado, com 23,5%, suportado por diferentes aplicativos. Quanto ao software mais recorrente, o SimaPro, um dos mais utilizados no mundo, esteve presente em 29,4% dos estudos. Em seguida está o Athena com 23,5%, específico para a indústria da construção. Os métodos IPCC (pegada de carbono), IMPACT 2002+ e TRACI (único método disponível no software Athena) foram aplicados em 58,8% dos artigos.

Foi também realizado o levantamento dos resultados apresentados por cada artigo (Quadro 1), em que foram identificadas 26 unidades diferentes de medida ligadas a impactos ambientais, das quais são: categorias de impacto midpoint (19), endpoint (4), indicador de categoria (1) ou fluxo de entrada na AICV (2).

Tabela 2
Limites do sistema no ciclo de vida por artigo

Fonte: A autora (2017).

Dessas, potencial de aquecimento global, emissão de CO2 equivalente e consumo energético tiveram a maior recorrência, seguidas da depleção da camada de ozônio, saúde humana, qualidade do ecossistema e recursos.

A Figura 4Erro! Fonte de referência não encontrada. apresenta os impactos calculados para cada sistema, convertidos em percentagem relativa ao impacto total gerado pela soma dos sistemas construtivos pré-fabricado e convencional, a fim de verificar as respectivas contribuições.

Por exemplo, o artigo de numeração 1, dos autores Mao et al. (2013), calculou que a construção pré-fabricada gerou menor quantidade de gases de efeito estufa, uma vez que do total produzido pelos sistemas, 49,2% foi proveniente da construção pré-fabricada, contra 50,8% da convencional.

Já o artigo 4, de Guardigli (2014), avaliou os impactos na saúde humana, na qualidade do ecossistema e nos recursos naturais, que são categorias de impacto endpoint. A construção pré-fabricada impactou em 32%, 52,6% e 28,6%, nesta mesma ordem, apresentando melhores resultados na primeira e última categorias.

Ao calcular a média geral das percentagens dos impactos para cada sistema, verificou- se que os impactos na edificação pré-fabricada foram de 47,2%, enquanto na convencional 52,8%, com desvio padrão de 9%.

Quanto à escolha dos impactos a serem calculados, o consumo energético, a emissão de CO2 equivalente e o potencial de aquecimento global tiveram as maiores incidências de avaliação nos estudos.

Quadro 1
Classificação das unidades apresentadas como resultados nos artigos

Fonte: A autora (2017).

Figura 5
Percentagens relativas por impacto para os sistemas pré-fabricado e convencional

Notas:

*Numeração dos artigos conforme Tabela 3 em: Autores do artigo

Fonte: A autora (2017).

Figura 5 (cont.)
Percentagens relativas por impacto para os sistemas pré-fabricado e convencional

Notas:

*Numeração dos artigos conforme Tabela 3 em: Autores do artigo

Fonte: A autora (2017).

Estudos sobre a geração de impactos ambientais na construção civil tiveram crescimento expressivo nesta última década, o que evidencia a necessidade de encontrar soluções ambientalmente mais sustentáveis.

Ao levantar os estudos comparativos de impactos ambientais em construções convencionais e pré-fabricadas realizados nos últimos cinco anos, foram encontrados artigos realizados em diferentes países. Isso evidenciou a variabilidade de materiais e técnicas empregados conforme as características regionais, que em sua maioria por não fornecerem maiores informações, exigiu a busca em literatura especializada sobre a execução para entendimento do método construtivo e aplicação dos materiais para posterior classificação em sistema convencional, pré-fabricado ou exclusão do artigo caso não se encaixasse no comparativo.

Dessa forma, recomenda-se a descrição do método construtivo e os materiais empregados em estudos futuros para auxiliar pesquisas internacionais no entendimento dos sistemas construtivos nacionais.

Sobre os impactos levantados para cada sistema, o pré-fabricado apresentou melhores resultados em relação ao convencional na maioria das categorias. No entanto, devido ao valor encontrado para o desvio padrão não é possível afirmar como uma conclusão generalizada, que demonstra a variabilidade no valor dos impactos.

Cada ACV possui características únicas que influenciam o cálculo do impacto, como o local da obra, a distância de transporte e os materiais e suas quantidades empregados. As bases de dados utilizadas na fase de inventário do ciclo de vida ainda são escassas no Brasil e se baseiam em valores internacionais para se adaptarem à realidade brasileira.

Além disso, no desenvolvimento de uma ACV são tomadas decisões que gerarão um resultado singular, por isso a importância de descrever todas as etapas em sua realização e as escolhas feitas, o que não foi verificado em diversos dos estudos revisados, impossibilitando a sua reprodução e avaliação da qualidade.

Por fim, a realização de uma ACV é uma atividade complexa, de forma que simplificá- la, considerando apenas as atividades e processos relevantes pode reduzir esforço e tempo dispendidos.

Somado a isso, ACVs comparativas devem ser realizadas de forma consistente para uma comparação correta e equivalente, uma vez que no atual cenário em que a sustentabilidade ambiental tem sido foco de discussão, a afirmação de um item ser mais sustentável que outro deve ser avaliada com critério, para evitar a prática do greenwashing e a manipulação de informações de forma a distorcê-las.

Como sugestão para pesquisas futuras, pode-se analisar a diferença entre os impactos dos sistemas construtivos, que apesar de pequena em percentagem, não é conclusiva sobre a sua relevância. Ainda, incentiva-se o desenvolvimento de estudos comparativos com a aplicação da ferramenta ACV na área da construção civil, dada a importância do setor para as questões ambientais em níveis local e global.