UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo
ARTHUR GUSSON BAIOCHI
ANÁLISE DE INCERTEZAS DE PARÂMETRO DE
PROCESSOS CRÍTICOS EM AVALIAÇÃO DO CICLO
DE VIDA DE EDIFICAÇÕES COMPLETAS
CAMPINAS 2019
ARTHUR GUSSON BAIOCHI
ANÁLISE DE INCERTEZAS DE PARÂMETRO DE
PROCESSOS CRÍTICOS EM AVALIAÇÃO DO CICLO
DE VIDA DE EDIFICAÇÕES COMPLETAS
Dissertação de Mestrado apresentada a Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo da Unicamp, para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, na área de construção.
Orientadora: Profa. Dra. Vanessa Gomes da Silva
ESTE EXEMPLAR CORRESPONDE À VERSÃO FINAL DA DISSERTAÇÃO DEFENDIDA PELO ALUNO ARTHUR GUSSON BAIOCHI E ORIENTADO PELA PROFA. DRA. VANESSA GOMES DA SILVA.
ASSINATURA DA ORIENTADORA
______________________________________
CAMPINAS 2019
Biblioteca da Área de Engenharia e Arquitetura Rose Meire da Silva - CRB 8/5974
Baiochi, Arthur Gusson,
B52a BaiAnálise de incertezas de parâmetro de processos críticos em avaliação do
ciclo de vida de edificações completas / Arthur Gusson Baiochi. – Campinas, SP : [s.n.], 2019.
BaiOrientador: Vanessa Gomes da Silva.
BaiDissertação (mestrado) – Universidade Estadual de Campinas, Faculdade
de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo.
Bai1. Avaliação de ciclo de vida. 2. Edificações. 3. Estimativa de parâmetro. 4.
Incerteza - Matemática. 5. Incerteza. I. Silva, Vanessa Gomes da, 1971-. II. Universidade Estadual de Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. III. Título.
Informações para Biblioteca Digital
Título em outro idioma: Parameter uncertainty analysis of critical processes in
whole-building life cycle assessment
Palavras-chave em inglês:
Life cycle assessment Buildings
Parameter estimation Uncertainty - Mathematics Uncertainty
Área de concentração: Construção Titulação: Mestre em Engenharia Civil Banca examinadora:
Vanessa Gomes da Silva [Orientador] Ana Carolina Badalotti Passuello Ana Paula Bortoleto
Data de defesa: 28-08-2019
Programa de Pós-Graduação: Engenharia Civil
Identificação e informações acadêmicas do(a) aluno(a)
- ORCID do autor: https://orcid.org/0000-0003-0921-0947 - Currículo Lattes do autor: http://lattes.cnpq.br/6985090927619670
UNIVERSIDADE ESTADUAL DE CAMPINAS
FACULDADE DE ENGENHARIA CIVIL, ARQUITETURA E
URBANISMO
ANÁLISE DE INCERTEZAS DE PARÂMETRO DE
PROCESSOS CRÍTICOS EM AVALIAÇÃO DO CICLO DE
VIDA DE EDIFICAÇÕES COMPLETAS
Arthur Gusson Baiochi
Dissertação de Mestrado aprovada pela Banca Examinadora, constituída por:
Profa. Dra. Vanessa Gomes da Silva
Presidente e Orientadora/Unicamp
Profa. Dra. Ana Carolina Badalotti Passuello
UFRGS
Profa. Dra. Ana Paula Bortoleto
Unicamp
A Ata da defesa com as respectivas assinaturas dos membros encontra-se no SIGA/Sistema de Fluxo de Dissertação/Tese e na Secretaria do Programa da
Unidade.
Dedico este trabalho à meu vô Arthur, minha vó Dete, meus pais Artur e Andréa, e minha irmã Luiza. Tudo o que sou e tudo o que tenho é devido a eles. Eles são minha luz, minha força e minha inspiração.
AGRADECIMENTOS
Agradeço primeiramente a Deus, por sempre guiar-me, iluminar-me, e proporcionar a lu-cidez necessária para que eu mantenha o foco, a dedicação, e o empenho nos momentos de cansaço e de dificuldade. Por me ajudar a trilhar meus caminhos da melhor forma possível, por estar presente em todos os momentos da minha vida, bons e ruins, de tristeza e de felicidade. Agradeço a Ele por ser minha bússola nos caminhos da vida.
Agradeço a meu pai, por ser meu solo e minha raiz, por ser uma rocha quando preciso de firmeza e apoio, e meu porto seguro em meio a imensidão do mundo. Agradeço a ele por ter propiciado a educação necessária para redigir este trabalho e por estar, hoje, estudando em uma universidade conceituada. Agradeço a ele por ter dado todos os valores éticos e morais que fazem de mim o homem que sou. Agradeço a ele que é minha maior inspiração.
Agradeço a minha mãe por ser – junto de minha avó – a mulher mais doce e gentil que conheço, por ter me consolado nos momentos de tristeza e me apoiado nos momentos de desa-nimo. Agradeço a ela por ter propiciado a educação necessária para redigir este trabalho e por estar, hoje, estudando em uma universidade conceituada. Agradeço a ela por, em todos os dias da minha infância, ajudar-me com a lição de casa, com os estudos, com o aprendizado e pela tomada do gosto pela leitura. Agradeço a ela por ter dado todos os valores éticos e morais que fazem de mim o homem que sou.
Agradeço a minha irmã por ela ser quem ela é. Simplesmente pelo fato de ela existir. Isso já diz tudo o que precisa ser dito, e que eu jamais conseguiria expressar em palavras.
Agradeço a meu avô por ser o maior exemplo de luta e de batalha em minha vida. Agradeço a ele por ter sido o significado das palavras dedicação, empenho e esforço. Por ele ter propor-cionado tudo o que tenho a custo de muita luta e suor. Devo a ele toda a educação que tive, tão necessária para redigir este trabalho e por estar, hoje, estudando em uma universidade concei-tuada. Este trabalho é dedicado a ele, assim como todas as conquistas em minha vida. Há ho-mens que lutam por toda uma vida e estes são imprescindíveis.
Agradeço, por fim, ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) pelo fomento a minha pesquisa, a Marcella Ruschi Mendes Saade por todo o apoio, suporte e esclarecimento concedidos com prontidão em todos os meus momentos de dificul-dade, a Vanessa Gomes da Silva pela orientação, e à Universidade Estadual de Campinas (Uni-camp) e ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil pelo aceite e suporte prestados ao longo desses meses como mestrando.
“There are men who struggle for a day, and they are good. There are others who struggle for a year, and they are better. There are some who struggle many years, and they are better still. But there are those who struggle all their lives, and these are the indispensable ones.”
RESUMO
No atual estado da arte, é comum encontrar avaliações do ciclo de vida de edificações (ACVed) sem nenhum tipo de analise ou tratamento de incertezas. Os estudos que incluem esse tipo de analise costumam utilizar métodos distintos, prejudicando sua comparabilidade. Ob-serva-se, porém, um crescente interesse em analisar incertezas em ACVed, principalmente com enfoque nas incertezas de parâmetro, oriundas dos dados utilizados na avaliação. Nesse con-texto, existe uma forte tendência do uso de Simulação Monte Carlo como ferramenta para tal análise, aliada a uma busca por métodos mais completos, que gerem resultados mais fieis a realidade. Baseando-se nisso, delineou-se um método multimodal para realização de análises de incertezas de parâmetro em ACVed, composto por uma análise de contribuição de todos processos, análise semi-quantitativa das incertezas por meio da matriz pedigree, análise quan-titativa através da simulação de Monte Carlo, e apresentação dos resultados em um sistema de categorização de parâmetros. Esse método multimodal foi aplicado em um estudo de caso de uma edificação brasileira, o Living Lab, visando validá-lo em um contexto pouco consolidado de prática de ACV. Os resultados mostraram que as incertezas de parâmetro são, de modo geral, muito altas, e que a ausência de informações sobre as incertezas de cada processo em sua base de dados impacta diretamente a precisão da análise de incertezas. Conclui-se que a matriz pe-digree minora as incertezas, fazendo com que sua contextualização – nos moldes como é feita hoje – não altere substancialmente os resultados. Entretanto, surge um indício de que os pro-cessos das bases de dados são altamente incertos, de modo que a não condução de uma análise de incertezas pode levar a resultados pouco representativos da realidade, enviesando o processo de tomada de decisão. Além disso, o sistema de categorização de parâmetros tem potencial de ser uma boa ferramenta de diálogo entre analista e projetista, auxiliando a ponderar fatores como incertezas e impacto ambiental na especificação da quantidade de cada material em pro-jeto.
Palavras chave: avaliação do ciclo de vida, edificações, análise de incertezas, incertezas de pa-râmetro
ABSTRACT
In making LCAs feasible, uncertainties and variability become inherently part of the pro-cess, but are seldom explicitly and adequately taken into account. When it comes to whole buildings, it is common to find LCA studies without any sort of uncertainty analysis or treat-ment. When uncertainty analysis is included, methods for doing so vary, compromising com-parability and reliability. There is an increasing interest in studying these uncertainties, mainly the ones related to the assessments’ parameters. The main trend observed in the literature is the use of Monte Carlo simulation, along with a constant search for better and more refined meth-ods. With that in mind, a multimethod procedure was developed to analyze building’s LCA parameter uncertainties, adopting a contribution analysis to select the higher impact processes, semi-quantitative analysis through the pedigree matrix, quantitative analysis with the Monte Carlo simulation, and final results presentation using a parameter categorization system. In or-der to validate the multimethod procedure, it was applied to a Brazilian building case study developed in a context of absence of data, the Living Lab. Results showed a general trend of high parameter uncertainties, with its precision being strongly influenced by the amount of pa-rameter uncertainty information available in its database. It is shown that contextualizing un-certainties through the pedigree matrix does not significantly affect final results, indicating the matrix factors are smaller than they should be. There is also an indication that database pro-cesses come accompanied with considerably high uncertainties, suggesting deterministic LCA results tend to mislead the decision making process. Lastly, the parameter categorization sys-tem promotes a dialogue between analysts and designers, adding uncertainty and environmental impacts as important factors in the project’s material amounts decision making process. Keywords: life cycle assessment, buildings, uncertainty analysis, parameter uncertainty
LISTA DE ILUSTRAÇÕES
Figura 1 - Tipos de incerteza e suas principais fontes ...22 Figura 2 – Estágios do ciclo de vida de ACVs de edificações ...27 Figura 3 - Fontes de dados utilizadas na amostra primária da revisão sistemática da literatura ...36 Figura 4 - Etapas do ciclo de vida da edificação consideradas na amostra primária da RSL ...37 Figura 5 - Categorias de impacto consideradas na amostra primária da RSL ...38 Figura 6 - Esquema do sistema de categorização de parâmetros utilizado por Hong et al. (2016), desenvolvido por Heijungs (1996) ...41 Figura 7 – Diferentes tipos de incertezas nos dados ...46 Figura 8 - Editor de incertezas, utilizado para personalizar a variância de cada fluxo elementar antes de conduzir a simulação de Monte Carlo, disponível apenas para as versões mais completas do SimaPro (Power User, Expert User e SimaPro PhD) ...59 Figura 9 – Exemplo de uma PDF log-normal em sua escala original e após ser log-transformada para a escala logarítmica, assumindo a forma de uma PDF normal, evidenciando a diferença entre seus intervalos de confiança e respectivos operadores ...66 Figura 10 - Encaminhamento metodológico adotado para a condução desta pesquisa ...70 Figura 11 - Encaminhamento metodológico para a análise de incertezas de parâmetros proposto nesta dissertação, identificando métodos utilizados e resultados gerados em cada etapa ...71 Figura 12 - Dados de entrada utilizados no Crystal Ball para a simulação de Monte Carlo ....75 Figura 13 - Sistema de categorização de parâmetros utilizado nesta pesquisa ...76 Figura 14 – Renderizações do modelo de informação da construção do Living Lab ...76 Figura 15 - Exemplo do comparativo entre dois processos conduzido por Pomponi et al. (2017), fazendo uso da distribuição normal ...88 Figura 16 - Variâncias original, contextualizada e estimada para o processo vidro ...91 Figura 17 - Variâncias original, contextualizada e estimada para o processo alumínio ...92 Figura 18 - Tendência das variâncias obtidas para os processos analisados: vidro e alumínio 93
Figura 19 - Resultados da simulação de Monte Carlo para coeficiente de emissão específico, ou
seja, por quilo de material ...96
Figura 20 - Resultados da simulação de Monte Carlo para a massa total de cada material no estudo de caso, ou seja, para a massa total do inventário ...96
Figura 21 - Sistema de categorização de parâmetros montado a partir dos dados originais da base de dados EcoInvent, para emissões específicas de cada processo ...102
Figura 22 - Sistema de categorização de parâmetros montado a partir dos dados originais da base de dados EcoInvent, para emissões totais de cada processo ...102
Figura 23 - Sistema de categorização de parâmetros montado a partir dos dados contextualizados, para emissões específicas de cada processo ...104
Figura 24 - Sistema de categorização de parâmetros montado a partir dos dados contextualizados, para emissões totais de cada processo ...104
Figura 25 - Sistema de categorização de parâmetros sumarizando todos os resultados desta dissertação ...105
Figura 26 - Representação gráfica da linha de diálogo estabelecida entre projetista e analista a partir dos resultados dos sistema de categorização de parâmetros ...107
Figura 27 - Sistema de categorização de parâmetros comparando processos originais da base de dados EcoInvent com seus respectivos processos contextualizados ...108
Figura 28 - etapas de uma avaliação do ciclo de vida ...124
Figura 29 - O sistema de fluxos que fundamenta um inventário de ciclo de vida ...126
LISTA DE TABELAS
Tabela 1 - Enfoque dos estudos que compõe a amostra primária da revisão sistemática da literatura ...34 Tabela 2 - Unidade funcional adotada na amostra primária da revisão sistemática da literatura ...35 Tabela 3 - Indicadores qualitativos da matriz pedigree e fatores de incerteza adicional correspondentes ...49 Tabela 4 - Comparativo entre as bases de dados, explicitando características que são alcançadas pela base apenas parcialmente (•), que são alcançadas, mas com margem para aperfeiçoamento (••), que são alcançadas plenamente (•••), ou cujas informações não são acessíveis (N.A.) ....63 Tabela 5 – Fatores padronizados de incerteza básica utilizados no método simplificado ...68 Tabela 6 - Análise de contribuição dos materiais/processos do inventário na categoria de impacto mudanças climáticas, medido em massa de emissão de GEE ...80 Tabela 7 – Sumário das informações que embasaram a definição dos fatores da matriz pedigree de cada processo ...82 Tabela 8 – Matriz pedigree dos fluxos de emissões contido nos processos extraídos da base de dados EcoInvent com maior contribuição nas emissões do estudo de caso: vidro (architectural
glazing) e alumínio (aluminum). São apresentados nessa tabela apenas os primeiros cinco fluxos
de cada processo. A tabela completa encontra-se no Apêndice D ...83 Tabela 9 - Matriz Pedigree estimada, incertezas básica e adicional, e variância para cada fluxo de emissões nos processos extraídos das bases US LCI v1.6 e ELCD v3.2 com maior contribuição nas emissões do estudo de caso (produtos a base de aço) ...85 Tabela 10 - Matrizes pedigree (original e contextualizada), incertezas básica e adicional, e variância para cada fluxo de emissões nos processos extraídos da base de dados EcoInvent 3.4 ...86 Tabela 11 – Variâncias estimadas a partir da incerteza básica, matriz pedigree e incerteza adicional para cada fluxo nos processos extraídos da base de dados EcoInvent 3.4, aplicando o procedimento sugerido pela base para cenários de ausência de informações de incertezas ...89 Tabela 12 - Resultados da simulação de Monte Carlo, incluindo os coeficientes de variação e as variações em cada processo ...95
Tabela 13 - Sensibilidade de cada fluxo na simulação e coeficientes de variação (Cont. Unit. e
Cont. Total são, respectivamente, processos contextualizados específicos e totais, enquanto que Eco Unit. e Eco. Total são, respectivamente, processos da base de dados EcoInvent específicos
e totais) ...99
Tabela 14 - Tabela de cálculo do processo 'estrutura metálica' ...137
Tabela 15 - Tabela de cálculo do processo 'chapas de aço galvanizadas' ...138
Tabela 16 - Tabela de cálculo do processo 'chapas de aço enroladas a quente' ...139
Tabela 17 - Tabela de cálculo do processo 'vidros' ...140
Tabela 18 - Tabela de cálculo do processo 'alumínio' ...142
Tabela 19 - Tabela de cálculo do processo 'vergalhão de aço CA50' ...144
Tabela 20 - Tabela dos dados de entrada do processo 'estrutura metálica' para a simulação de Monte Carlo (específica) ...145
Tabela 21 - Tabela dos dados de entrada do processo 'estrutura metálica' para a simulação de Monte Carlo (total) ...145
Tabela 22 - Tabela dos dados de entrada do processo 'chapas de aço galvanizadas' para a simulação de Monte Carlo (específica) ...146
Tabela 23 - Tabela dos dados de entrada do processo 'chapas de aço galvanizadas' para a simulação de Monte Carlo (total) ...146
Tabela 24 - Tabela dos dados de entrada do processo 'chapas de aço enroladas a quente' para a simulação de Monte Carlo (específica) ...147
Tabela 25 - Tabela dos dados de entrada do processo 'chapas de aço enroladas a quente' para a simulação de Monte Carlo (total) ...148
Tabela 26 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vidros' para a simulação de Monte Carlo (específica, com os dados originais da base) ...149
Tabela 27 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vidros' para a simulação de Monte Carlo (total, com os dados originais da base) ...150
Tabela 28 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vidros' para a simulação de Monte Carlo (específica, com os dados contextualizados) ...151
Tabela 29 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vidros' para a simulação de Monte Carlo (total, com os dados contextualizados) ...152 Tabela 30 - Tabela dos dados de entrada do processo 'alumínio' para a simulação de Monte Carlo (específica, com os dados originais da base) ...153 Tabela 31 - Tabela dos dados de entrada do processo 'alumínio' para a simulação de Monte Carlo (total, com os dados originais da base) ...154 Tabela 32 - Tabela dos dados de entrada do processo 'alumínio' para a simulação de Monte Carlo (específica, com os dados contextualizados) ...155 Tabela 33 - Tabela dos dados de entrada do processo 'alumínio' para a simulação de Monte Carlo (total, com os dados contextualizados) ...156 Tabela 34 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vergalhão de aço CA 50 ' para a simulação de Monte Carlo (específica) ...157 Tabela 35 - Tabela dos dados de entrada do processo 'vergalhão de aço CA 50 ' para a simulação de Monte Carlo (total) ...157 Tabela 36 – Íntegra da tabela 8, mostrando a matriz pedigree para cada fluxo de emissões contido nos processos extraídos da base EcoInvent com maior contribuição nas emissões do estudo de caso: vidro (architectural glazing) e alumínio (aluminum) ...158 Tabela 37 - inventário original do Living Lab, montado por Gomes et al. (2018) a partir do
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ACV – Avaliação do ciclo de vida
ACVed – Avaliação do ciclo de vida de edificações completas CV – Coeficiente de variação
GEE – Gases responsáveis pelo efeito estufa i.i.d. – independentes e identicamente distribuídas LCA – Life cicle assessment
SUMÁRIO
1. Introdução ... 18
1.1 Contextualização ... 18
1.2 Questão, objetivo geral e hipótese de pesquisa ... 23
1.3 Questões secundárias e objetivos específicos ... 24
1.4 Estrutura do texto ... 24
2. ACV de edificações (ACVed) ... 26
2.1 Desafios e barreiras para realização de ACV de edificações ... 29
2.2 Incertezas em ACVed ... 34
3. Análise de incertezas ... 44
3.1 Incertezas de parâmetro ... 44
3.2 Indicadores de qualidade de dados: a Matriz Pedigree ... 47
3.3 Modelagem estocástica: a Simulação de Monte Carlo ... 50
3.4 Softwares para a condução da simulação de Monte Carlo ... 58
3.5 As bases de dados ... 61
3.6 A abordagem da base de dados EcoInvent ... 64
4. Método ... 69
4.1 Encaminhamento metodológico para triagem das incertezas de parâmetro críticas ... 70
4.1.1 Análise de contribuição ... 71
4.1.2 Avaliação semi-quantitativa: Matriz Pedigree ... 72
4.1.3 Simulação de Monte Carlo ... 74
4.1.4 Sistema de categorização dos parâmetros ... 75
4.2 Estudo de caso ... 76
5. Resultados e discussão ... 80
5.1 Análise de contribuição ... 80
5.2 Cálculo da variância a partir das incertezas básicas e adicionais ... 81
5.3 Simulação de Monte Carlo ... 94
5.4 Sistema de categorização de parâmetros ... 100
6. Conclusões ... 111
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ... 114
Apêndice A ... 123
Avaliação do ciclo de vida (ACV) ... 123
A.1 Contextualização histórica ... 123
A.2 Conceituação ... 124
A.2.1 Definição do objetivo e escopo ... 124
A.2.3 Avaliação do impacto ... 129
A.2.4 Interpretação ... 132
Apêndice B ... 134
Protocolo da revisão sistemática de literatura ... 134
Apêndice C ... 137
Dados da simulação de Monte Carlo ... 137
C.1 Tabelas de cálculo ... 137
C.2 Tabelas com os dados de entrada da simulação de Monte Carlo ... 145
Apêndice D ... 158
Íntegra das tabelas apresentadas parcialmente na dissertação ... 158
Anexo A ... 161
1. INTRODUÇÃO
1.1 Contextualização
As atividades humanas resultam em uma vasta gama de impactos ao meio ambiente, cau-sando desde a depleção de recursos naturais até o aquecimento global e a emissão de poluentes para a atmosfera, solo e mananciais. Esses impactos ambientais afetam os mais diversos ecos-sistemas e, por vezes, seus efeitos perduram por várias décadas. Decisões tomadas no presente muitas vezes repercutem por diversas gerações, tendo implicações significativas a longo prazo na saúde humana e da natureza (CRAWFORD, 2011).
Na atualidade, os padrões de consumo – principalmente em países desenvolvidos – são insustentáveis. Boa parte dos recursos naturais da Terra estão sendo explorados em um ritmo muito maior do que a natureza consegue recompor, não colocando em risco apenas ecossiste-mas considerados mais frágeis, ecossiste-mas também a própria sobrevivência dos seres humanos. É dado o momento em que se torna impreterível que o homem encontre meios de manter (e melhorar) o seu padrão de vida de uma forma muito mais sustentável, buscando maior eficiência e menos poluição em sua geração de energia, materiais alternativos para substituir aqueles não renová-veis, processos de produção mais limpos, meios mais eficientes de tratamentos de resíduos, etc. (CRAWFORD, 2011).
A Avaliação do Ciclo de Vida (ACV) é uma ferramenta que, embasada em conhecimento científico, é utilizada na avaliação de impactos ambientais e em análises comparativas entre sistemas de produto (KLÖPFFER, 2014). Ela foi desenvolvida para aprimorar o manejo de produtos, processos e serviços do ponto de vista ambiental, na tentativa de identificar os seus efeitos no meio ambiente ao longo do seu ciclo de vida (SCHALTEGGER, 1996). A premissa de uma ACV é que todos os impactos ambientais conectados a um produto ou serviço, desde a extração de sua matéria prima até a destinação final de seus resíduos, deve ser avaliada (KLÖPFFER, 1997).
A ACV possibilita identificar e quantificar materiais utilizados, energia gasta e resíduos associados a produtos, processos serviços, assim como avaliar os seus impactos ambientais e identificar oportunidades para a implementação de melhorias. Essa avaliação inclui todo o ciclo de vida do produto, processo ou serviços em questão, abordando extração e processamento de
matérias primas, manufatura, transporte e distribuição, uso, reuso, manutenções, reciclagem e destinação final dos resíduos (SETAC, 1991).
Esse tipo de abordagem do berço ao túmulo somada ao uso da chamada unidade funcional faz com que a ACV se destaque de outros métodos de avaliação de impactos ambientais, per-mitindo a comparação entre sistemas de produtos cujas funções são iguais ou muito similares. Nesse contexto, a unidade funcional provém a base da comparação, descrevendo quantitativa-mente a função dos sistemas a serem comparados. Nota-se que, no contexto da ACV, não são avaliados os produtos ou serviços propriamente ditos (ou seja, apenas aquilo que chega ao con-sumidor final) mas sim sistemas de produto (KLÖPFFER, 2014).
Por trás de um produto na prateleira do supermercado, por exemplo, existe toda uma cadeia de processos à montante (que ocorreram do “berço” até àquele ponto) e existirá toda uma cadeia de processos à jusante (daquele ponto até o túmulo). Entre o berço e o túmulo ocorre uma série de processos de transporte, empacotamento, uso de energia, processos intermediários, dentre outros. Mesmo especialistas em ACV não possuem total conhecimento da complexidade desse entremeado de processos ao se depararem com um novo produto ou serviço a ser avaliado (KLÖPFFER, 2014).
Em casos como esse, o sistema de produtos é confeccionado a partir das melhores infor-mações disponíveis. Por vezes o sistema acaba sendo simplificado, excluindo parte da densa cadeia de processos envolvidos no sistema. O sucesso de uma ACV está diretamente ligado à sua vasta aplicabilidade, possibilitando ao analista comparar qualquer sistema de produtos cujos dados sejam obtiveis com outros sistemas similares (ou ao próprio sistema após uma otimiza-ção). Tendo em mente esse teor comparativo da ACV, é importante que os limites de sistema de produtos com funções similares sejam semelhantes (KLÖPFFER, 2014).
Não é difícil notar que, mesmo no caso de sistemas de produto simples, a aplicação da ACV é bastante complexa, demanda uma vasta quantidade de dados e bastante cautela e trans-parência por parte do analista. No caso de cadeias de produto mais intrincadas – uma edificação, por exemplo – essa complexidade se torna ainda mais acentuada.
A infraestrutura do ambiente construído envolve diversos subsistemas: edificações, vias de transporte (rodovias, ferrovias, pontes, etc.), redes hidráulicas e de telecomunicação, etc. Tais sistemas são necessários para sobrevivência humana e para a manutenção da sociedade, princi-palmente em áreas urbanas de grande densidade populacional. Dentre esses subsistemas, as edificações caracterizam o de maior complexidade, envolvendo uma combinação de diversos
materiais e componentes, e tendo como premissa prover conforto e funcionalidade a seus usu-ários, seja como moradia, ambiente de trabalho, voltado para a educação, saúde, etc. (CRAWFORD, 2011).
Edificações consomem quantidades consideráveis de energia e recursos naturais, contri-buem com mudanças climáticas e tem influência direta sobre o bem-estar dos seus usuários e daqueles a seu redor. O setor de construção é o principal contribuinte mundial na emissão de gases do efeito estufa, sendo responsável por aproximadamente um terço de todas as emissões do planeta. O setor também é responsável por mais de um terço do consumo de recursos natu-rais, 12% do consumo de água doce, e 40% da geração de resíduos sólidos ao redor do globo. Além disso, aproximadamente 10% do consumo de energia mundial é atribuído a produção dos materiais de construção (TODD, 2012).
Os materiais envolvidos na edificação são provenientes das mais diversas fontes, sendo primordialmente oriundos da indústria e envolvendo um alto consumo de recursos naturais na sua produção, além de gerar considerável emissão de gases poluentes. Todo esse consumo, emissões e consequentes impactos ambientas são diretamente atribuídos às edificações, já que se não fosse a demanda da indústria da construção por esses recursos não haveria necessidade de produzi-los, e consequentemente as emissões não existiriam (CRAWFORD, 2011).
Conduzir o setor da construção de forma mais sustentável – projetando, construindo e uti-lizando edificações de forma mais eficiente – pode acarretar em reduções significativas nesses impactos. Além disso, edifícios sustentáveis tendem a ter efeitos positivos sobre a saúde de seus usuários, aumentando, por exemplo, a produtividade de funcionários em edifícios comerciais. Nesse contexto, pensar na edificação do ponto de vista do seu ciclo de vida tende a gerar fortes indicativos de pontos passivos de melhoria (TODD, 2012).
Ao longo da última década o interesse (e consequentemente a pesquisa) em ACVs de edi-ficações (ACVed) aumentou, com enfoque não apenas na edificação per se como também na manufatura dos materiais e no processo de construção, visando explorar oportunidades de re-duzir seus respectivos impactos ambientais (CHAU et al., 2015; RASHID; YUSOFF, 2015). Esse interesse é justificável, tendo em vista que por um lado a indústria da construção é grande propulsora do desenvolvimento socioeconômico de uma nação, mas por outro é uma das mai-ores responsáveis pelo consumo de recursos naturais e de energia no mundo, estando sempre associada à poluição (RAMESH et al., 2010; RASHID; YUSOFF, 2015).
Diante da diversa gama de materiais envolvidos em uma edificação o seu processo cons-trutivo tende a refletir em vários outros setores industriais. A produção da edificação tende a ser bem menos padronizada do que a produção da maioria dos bens de consumo manufaturados pela indústria, já que cada edificação possui diversas particularidades que a tornam única. Além disso, a quantidade de informações referentes aos impactos ambientais da produção dos mate-riais, do processo de construção da edificação e da sua posterior demolição é limitada. Esses são apenas alguns dos fatores que tornam a avaliação do ciclo de vida de uma edificação uma tarefa muito complexa e desafiadora (RAMESH et al., 2010).
Além do aumento do interesse em ACVed, o interesse pelo estudo das incertezas envolvi-das em ACVs também aumentou consideravelmente na última década (HUIJBREGTS et al., 2001; NOSHADRAVAN et al., 2013). A análise de incertezas é especialmente importante em ACVs muito complexas (como no caso das edificações), já que a presença de incertezas é cons-tantemente mencionada como uma limitação crucial na interpretação dos resultados da avalia-ção (SONNEMANN et al., 2003).
Embora a análise de incertezas ainda não seja prática comum na condução de ACVs, sua importância tem sido cada vez mais reconhecida (POHL et al., 1996; SONNEMANN et al., 2003). Tendo em vista que análises de incerteza expõe a qualidade e a confiabilidade dos resul-tados de uma avaliação, chega a ser estranho pensar que o interesse por esse tipo de análise não tenha acontecido desde os primórdios da ACV. Ainda assim, até hoje tratamentos de incerteza estão em falta na maioria dos livros, bases de dados e softwares que lidam com ACV (HEIJUNGS; HUIJBREGTS, 2004).
Em partes, isso está relacionado a um círculo vicioso de dois grandes problemas: ausência de softwares para lidar com incertezas, e ausência de dados de incerteza. Não havendo
softwa-res não existia estimulo para coletar dados de incerteza, e não havendo dados sobre incerteza
não existia estimulo para desenvolver softwares. Felizmente, esse cenário vem mudando ao longo dos anos, com softwares que fazem uso da Simulação de Monte Carlo se tornando o padrão para esse tipo de análise, e com a base de dados EcoInvent passando a incluir informa-ções sobre distribuiinforma-ções de incerteza dos seus dados (HEIJUNGS; HUIJBREGTS, 2004).
Vale frisar que os resultados de uma ACV não são afetados somente por incertezas nos dados (incerteza de parâmetro), mas também por incertezas nos cenários desenvolvidos para a avaliação e no modelo matemático utilizado (Figura 1). Essas incertezas podem estar presentes
nas mais diversas etapas da avaliação, e apresenta-las com transparência auxilia não só no pro-cesso de tomada de decisão, como também aumenta a credibilidade dos resultados e estimula futuras pesquisas a aprofundar cada vez mais o conhecimento a respeito delas, visando reduzi-las (HEIJUNGS; HUIJBREGTS, 2004). Embora os três tipos de incerteza impactem nos resul-tados de alguma forma, existem indicativos de que incertezas de parâmetro afetam mais nos resultados finais do que incertezas de modelo e de cenário (HUIJBREGTS et al., 2003). Figura 1 - Tipos de incerteza e suas principais fontes
Fonte: adaptado de Huijbregts et al. (2003)1 e Huijbregts (1998a) 2
Lloyd e Ries (2007) analisaram 24 artigos que abordam incertezas em ACV, visando ava-liar as escolhas e métodos utilizados para estudá-las. Dentre os estudos, 16 usaram modelagem estocástica, 7 escolheram modelagem de cenário, 4 preferiram análise de dados difusa, 2 reali-zaram cálculo de intervalos, 2 fizeram propagação de incertezas, e 1 não especificou o método selecionado. Dentre os 24 artigos, 8 utilizaram mais de um método analítico, todos analisaram incertezas de parâmetro, 9 analisaram incertezas de cenário e 8 de modelo.
O estudo evidencia, ainda, uma tendência de incertezas em ACVs serem abordadas de modo estocástico. Dentre os 16 artigos que utilizaram modelagem estocástica, 11 empregaram a simulação de Monte Carlo. Nos métodos estocásticos as incertezas podem ser quantificadas a partir de distribuições probabilísticas geradas para cada parâmetro analisado (LLOYD; RIES, 2007). Nesse caso, os parâmetros passam a ser representados não por um único valor, mas por uma gama de valores, migrando de uma abordagem determinística para uma abordagem proba-bilística (FAWCETT et al., 2012).
Entretanto, devido à natureza complexa das ACVs, existe a chance de que nenhuma das abordagens disponíveis no momento incorpore todas as incertezas envolvidas (LLOYD; RIES, 2007), e, além disso, análises de incerteza no âmbito do ambiente construído são extremamente escassas (POMPONI et al., 2017). A questão das incertezas está intrinsicamente presente em qualquer aplicação da técnica de ACV, e sua análise é um passo importante para atestar se resultados obtidos em uma ACV são confiáveis e válidos para embasar tomadas de decisão (HONG et al., 2016).
A credibilidade de uma ACV pode ser questionada caso os resultados não sejam avaliados por meio de uma análise de incertezas. Apresentar resultados pontuais e determinísticos sem o acompanhamento de distribuições de incerteza significa superestimar a exatidão da avaliação, e não caracteriza uma escolha razoável. Em contrapartida, uma análise de incertezas incompleta ou malconduzida pode gerar uma falsa credibilidade. Sendo assim, essa etapa do estudo deve ser analisada e conduzida com cautela. No final das contas, o grande propósito de conduzir uma análise de incertezas é auxiliar na tomada de decisão baseada na ACV, traduzindo o quão con-fiáveis são os resultados da mesma (BJÖRKLUND, 2002).
1.2 Questão, objetivo geral e hipótese de pesquisa
O estudo de incertezas em ACVs de edificações completas (ACVed) suscita uma série de questões de pesquisa, sendo que a principal delas refere-se ao um potencial caminho metodo-lógico preferencial para triagem de incertezas de parâmetro no âmbito de ACVed, que oriente a sua modelagem, estimativa e tratamento. A revisão sistemática de literatura (apresentada no Capítulo 3) demonstrou que, no estado da arte atual, os métodos de análise de incertezas de parâmetro ainda carecem de refinamento.
Partindo-se da hipótese de que a análise das incertezas apenas de parâmetros críticos apre-senta-se como uma alternativa satisfatória para viabilizar a análise de incerteza de parâmetros do inventário em uma ACVed, o objetivo desta dissertação é delinear um encaminhamento metodológico para a identificação e realização de análises de incerteza dos parâmetros mais relevantes, utilizando como situação de aplicação uma ACVed em um contexto pouco consoli-dado na prática de avaliação do ciclo de vida e com baixa disponibilidade de consoli-dados específicos.
1.3 Questões secundárias e objetivos específicos
Além da questão principal de pesquisa, algumas questões secundárias foram levantadas, como aquelas relativas às principais fontes de incerteza de parâmetro envolvidas; potencial in-fluência do nível de consolidação da prática e da disponibilidade de dados para modelagem; e a como acrescentar a comunicação de incerteza nos resultados da ACV.
A partir dessas questões secundárias, foram estabelecidos os seguintes objetivos específi-cos:
I. Identificar as principais fontes de incerteza de parâmetro envolvidas no inventário de ACVed, e os parâmetros mais críticos;
II. Determinar se e como o nível de consolidação da prática de ACV e respectiva dis-ponibilidade de dados para modelagem influenciam (a análise de) incertezas de pa-râmetros;
III. Identificar se e como a qualidade do resultado de ACVed pode ser traduzida em função da incerteza envolvida.
1.4 Estrutura do texto
Nesse Capítulo 1 foi feita uma breve contextualização a respeito do tema abordado nesta dissertação, assim como das questões e objetivos da pesquisa. O Capítulo 2 conceitua Avaliação do Ciclo de Vida em edificações, apresentando questões normativas dessa aplicação e sem em-prego em temas afeitos ao ambiente construído. Encerra-se o capítulo com a exposição do es-tado da arte atual do tratamento de incertezas de parâmetro em ACVed, baseada na revisão sistemática de literatura (RSL) realizada. Informações sobre o uso da ACV em geral encontram-se no Apêndice A, incluindo contextualização histórica do deencontram-senvolvendo dessa ferramenta de avaliação e respectivos aspectos normativos, de acordo com as normas da International
Orga-nization for Standardization (ISO) correspondentes.
O Capítulo 3 trata das incertezas presentes em ACV, em particular as incertezas de parâ-metro (item 3.1). Em seguida são apresentadas formas de mensurá-las semi-quantitativamente, com a Matriz Pedigree (item 3.2), e quantitativamente, por meio da Simulação de Monte Carlo (item 3.3), além de apontar softwares adequados para a análise de incertezas (item 3.4), bases de dados disponíveis (item 3.5), e apresentar a abordagem de tratamento de incertezas da base EcoInvent (item 3.6)
No Capítulo 4 são apresentados os métodos utilizados para a condução desta pesquisa e descrição do encaminhamento metodológico desenvolvido para quantificar as incertezas de pa-râmetro e do estudo de caso em que ele é aplicado.
No Capítulo 5 apresentam-se os resultados obtidos a partir do encaminhamento da meto-dologia proposta, assim como sua discussão. Finalmente, Capítulo 6 apresenta as conclusões alcançadas, seguido das referências bibliográficas, apêndices e anexos.
2. ACV DE EDIFICAÇÕES (ACVed)
Em meados da década de 80 e 90, materiais de construção eram definidos como tradicionais ou sustentáveis a partir de características individuais, como por exemplo baixa emissão durante seu uso ou alta quantidade de material reciclado em sua composição. Com o tempo, porém, foi surgindo a percepção de que apenas isso não bastava, e que havia a necessidade de uma análise mais sistêmica (TODD, 2012). Nesse contexto, a ACV surge como uma ferramenta capaz de fornecer um conhecimento muito mais profundo a respeito das vantagens e desvantagens de um material, avaliando não apenas o material per se, mas todo o seu sistema de produção e sistemas necessários para transporta-lo, mantê-lo ao longo de seu uso, desconstruí-lo e recicla-lo (IEA, 2004).
Com o passar do tempo, a ACV deixou de ser utilizada somente na escala do material de construção, e passou a ser utilizada em sistemas da construção e até mesmo em edificações completas. Nesse caso, tornou-se possível identificar quais os sistemas ou componentes da edi-ficação responsáveis pelos maiores impactos do ponto de vista das categorias de impacto de interesse, e levantar possíveis soluções e melhorias para reduzir tais impactos (TODD, 2012).
Entretanto, ainda que a ACV esteja ganhando cada vez mais espaço no ramo da construção civil, até hoje não existe uma metodologia padronizada para a condução de ACVed. Isso foi discutido no IEA EBC Annex 57 (IEA, 2016), evidenciando que normas, dados e ferramentas no estado da arte atual de ACVed ainda são muito permissivas, dando margens de escolha muito grandes ao longo da condução da ACV, gerando incertezas, confusão e baixa comparabilidade entre estudos. Visando solucionar esse problema, surge o IEA EBC Annex 72 – ainda em de-senvolvimento, iniciado em 2016 e com previsão de conclusão em 2021 – que tem como um de seus objetivos principais estabelecer uma metodologia comum para a condução de ACVed.
Nesse meio tempo, enquanto as resoluções do Annex 72 não estão completas, a norma Europeia BS EN 15978 (CEN, 2011) estratifica o ciclo de vida das edificações em quatro mó-dulos (A, B, C e D), subdividindo os mómó-dulos em diversas etapas (figura 2). Esse sistema mo-dular determina quais processos serão levados em conta para cada etapa do ciclo de vida da edificação. Quando um processo influencia no desempenho ambiental da edificação durante uma etapa do seu ciclo de vida, seus impactos devem ser atribuídos ao módulo no qual ele ocorre.
Figura 2 – Estágios do ciclo de vida de ACVs de edificações
Fonte: Adaptado de IEA (2016)
O módulo A é subdividido em 5 etapas. As etapas A1, A2 e A3 compõem o ‘estágio de produto’. Uma ACV conduzida para as etapas A1 a A3 é nomeada “do berço ao portão”, que inclui desde a extração de matéria prima até a finalização da fabricação do produto de constru-ção. As etapas A4 e A5 compõem o estágio de construção, que cobre desde a saída dos materiais de construção de suas respectivas fábricas até a fim da construção da edificação. A etapa A4 envolve o transporte envolvido da saída do material da fábrica até a chegada do material ao canteiro de obras; o transporte de equipamentos até o canteiro; e todas as possíveis perdas ocor-ridas ao longo desses processos de transporte. A etapa A5 abrange a construção da edificação, envolvendo terraplanagem, armazenamento de materiais, transporte de materiais dentro do can-teiro de obras, provisão de água e aquecimento no cancan-teiro, processos construtivos, manejo de resíduos etc. ACVs com limite de sistema compreendendo da etapa A1 à A5 são conhecidas como “do berço à entrega”, englobando desde a extração de matéria prima até a finalização da obra e entrega das chaves ao proprietário (CEN, 2011).
O módulo B é subdivido em 7 etapas (B1 a B7), e é definido como o ‘estágio de uso’. A etapa B1 envolve o uso da edificação propriamente dito. A etapa B2 envolve manutenção cor-riqueira (como, por exemplo, limpeza da edificação) e manutenções visando manter a funcio-nalidade prática e estética da edificação, como pintura de esquadrias e troca de filtros do ar condicionado. Todos impactos relativos aos produtos e processos utilizados nas manutenções devem ser contabilizados. A etapa B3 abrange pequenos reparos de partes da edificação (a troca do vidro quebrado de uma janela, por exemplo), devendo contabilizar impactos relativos a pro-dução, transporte e instalação da nova peça, e transporte e destinação final da parte que foi trocada (CEN, 2011).
A etapa B4 envolve reposições completas de partes da edificação (casos em que não é sufi-ciente apenas reparar o vidro da janela, por exemplo, havendo a necessidade de repor a janela por completo), ou ainda a substituição do ar condicionado, de uma terça ou ripa do telhado etc. Essa etapa deve contabilizar impactos relativos a produção, transporte e instalação da nova peça, e transporte e destinação final da peça que foi substituída. A etapa B5 envolve grandes reformas, como por exemplo a mudança da disposição das paredes internas, ou a troca do en-velope da edificação. Essa etapa deve contabilizar impactos relativos a produção, transporte e instalação de todos os novos componentes da edificação, e o transporte e destinação final dos componentes que foram descartados (CEN, 2011).
A etapa B6 contempla o consumo operacional de energia na edificação, utilizada no aque-cimento do ambiente e da água, para o ar-condicionado, ventilação, iluminação e quaisquer outros fins que demandem consumo de energia. Analogamente, a etapa B7 abrange toda a forma de consumo de água na edificação, como por exemplo nos banheiros, para irrigação, consumo humano, ventilação e umidificação, em piscinas e fontes etc. ACVs com limite de sistema com-preendendo da etapa A1 à B7 são conhecidas como “do berço ao fim de vida”, ou seja, desde a extração de matéria prima até o fim do uso da edificação, quando ela é demolida e sua vida útil encerra-se (CEN, 2011).
O módulo C é subdividido em 4 etapas (C1 a C4), e é definido como o ‘estágio de fim de vida’. A etapa C1 envolve o processo de demolição, contabilizando todos os impactos relativos a tal processo. A etapa C2 envolve todo o transporte dos resíduos gerados na demolição à sua destinação final. A etapa C3 envolve o processamento dos resíduos para reuso, recuperação ou reciclagem. Até o fim do processamento do resíduo os impactos são contabilizados na etapa C3, e caso esse resíduo se transforme ou seja incorporado em um novo produto ele passa a ser
abordado no módulo D. A etapa C4 envolve o descarte dos resíduos, abrangendo também pos-síveis tratamentos pelos quais os resíduos precisem passar antes de serem descartados em um aterro, incinerados etc. ACVs com limite de sistema compreendendo da etapa A1 à C4 são conhecidas como “do berço ao túmulo”, ou seja, desde a extração de matéria prima até a dispo-sição final dos resíduos gerados no fim de vida da edificação (CEN, 2011).
O módulo D é utilizado para relatar informações - cargas ou benefícios - ambientais refe-rentes aos outros três módulos, mas que fogem do limite de sistema da ACVed em questão, como, por exemplo, os benefícios de resíduos que podem ser reutilizados como novos materiais ao final da vida da edificação. Esse módulo é dividido entre DA, DB e DC, que reportam,
res-pectivamente, informações dos módulos A, B e C. Pode-se dizer que os módulos A a C abordam impactos ambientais diretamente ligados a produtos e processos atuantes dentro dos limites de sistema da edificação sem avaliação, enquanto que o módulo D abrange possíveis benefícios do reuso e reciclagem de materiais que acontece fora dos limites do sistema em questão (CEN, 2011).
2.1 Desafios e barreiras para realização de ACV de edificações
Edificações são produzidas localmente (no canteiro de obras), têm um tempo de vida longo, estão suscetíveis a várias mudanças no decorrer do seu estágio de uso (principalmente em edi-fícios comerciais, que tendem a ter múltiplas funções), possuem alta diversidade de componen-tes, impactam e se integram à infraestrutura local, e, no caso da ACV, possuem limites de sis-tema não muito claros (BRIBIÁN et al., 2009). Mesmo no caso de projetos muito semelhantes, fatores como local, contexto de uso, clima, disponibilidade de materiais, qualidade de mão de obra e infraestrutura local fazem com que cada edificação – e seus respectivos impactos – seja única (TODD, 2012; RASHID; YUSOFF, 2015).
Além disso, a aplicação de ACV na escala da edificação ainda enfrenta muitas barreiras: desconfiança com relação à complexidade e precisão da técnica; descaso com relação aos im-pactos ambientais gerados por uma edificação e desinteresse em calculá-los; baixa demanda por ACVed no mercado; cálculos complicados e alto preço de aplicação; falta de integração de bases de dados de inventário com plataformas BIM, por exemplo; baixa cooperação entre in-dústria e mercado; estudos com baixa correlação, mostrando resultados divergentes; falta de incentivo à aplicação prática da ACV e nenhuma obrigatoriedade legal de fazê-la; baixa explo-ração da ACV em processos de certificação ambiental; entre outros (BRIBIÁN et al., 2009).
Superar essas barreiras demanda tempo e mudanças. Seria interessante padronizar limites de sistema e escopo, escolhas metodológicas e inventários de dados visando estabelecer proce-dimentos e valores de referência para cada tipologia de edificação, de modo a possibilitar com-parativos e orientar os analistas. Políticas governamentais que incentivem o uso da ACV logo no início da fase de projeto poderiam trazer consequências positivas (CHAU et al., 2015). Existe, por fim, a necessidade de construir bases de dados regionais robustas (RASHID; YUSOFF, 2015), e buscar formas para minimizar o tempo investido na condução de uma ACVed para que possa se viabilizar previamente à construção.
Apesar das dificuldades com que os analistas se deparam, a crescente importância da ACV na escala da edificação é evidenciada pelo aumento expressivo no número de trabalhos publi-cados nesse tema, que quase dobrou nos últimos anos. Entre 2010 e 2014, 14 revisões biblio-gráficas foram publicadas, enquanto que, nos dois anos seguintes, dez novas publicações revi-saram o assunto. Uma revisão sistemática recente, conduzida por Nwodo e Anumba (2019), confirmou que, somente dez trabalhos sobre ACVed haviam sido publicados na base de dados Web of Science ao longo de 25 anos (1990 a 2015), ao passo que, apenas entre 2016 e abril de 2019, o número de publicações já era de 14 trabalhos.
Ainda assim, alguns desafios no campo da ACV de edificações já são conhecidos há déca-das, mas continuam sem solução face a sua complexidade (ANAND; AMOR, 2017). Nesse contexto, destacam-se aqui três deles. O primeiro, resulta do grande número de escolhas a serem feitas durante uma ACVed, que, muitas vezes, personalizam o estudo e dificultam ou impedem a comparação direta entre casos. O segundo, refere-se à construção do inventário, de montagem especialmente complexa no caso de edificações, visto o grande número de materiais, compo-nentes e sistemas, atividades e processos a considerar e à escassez de dados representativos. Finalmente, os dois casos anteriores somam-se para induzir uma série de simplificações, que inerentemente levam ao terceiro grande desafio: as incertezas, tema alvo dessa dissertação, que enfoca nas chamadas incertezas de parâmetro com particular atenção.
Escolhas referentes a unidade funcional, montagem do inventário e suposições ao longo da condução da ACVed variam muito na literatura (ISLAM et al., 2015). Apesar da busca recente por facilitar a comparabilidade entre ACVs de edificações completas, ainda não existem dire-trizes sólidas a respeito de, por exemplo, unidades funcionais e ferramentas de comparação entre estudos (CHAU et al., 2015).
Devido à ausência de uma metodologia comum e por ser desejável que ACVed sejam con-duzidas na etapa de projeto da edificação, as diversas escolhas da ACVed são informadas pelo projetista ou, majoritariamente, deixadas a cargo do analista. No início da vida de uma edifica-ção, por exemplo, diversos materiais são combinados para compor sistemas, e as combinações desses sistemas formam a edificação per se. A escolha de materiais e de sistemas construtivos é de extrema importância, já que tem influência direta na energia total incorporada1 do edifício, assim como nos impactos e na emissão de gases causadores do efeito estufa (GEE) ao longo do seu ciclo de vida (CHAU et al., 2015).
As escolhas vão se tornando mais complexas e incertas à medida que o analista precisa fazer previsões a respeito de estágios mais avançados da edificação, supondo cenários de uso e pós-uso da edificação. Não existe um consenso na literatura, por exemplo, a respeito do tempo de vida útil de referência a considerar para a edificação estudada. Uma revisão de literatura abor-dando 60 estudos de caso em 9 países evidenciou essa falta de uniformidade, abrangendo uma faixa entre 30 e 100 anos, com predominância da opção por adotar 50 anos (SARTORI; HESTNES, 2007).
Essa ausência de consenso acerca do tempo de vida nos 60 estudos da revisão Sartori e Hestnes (2007) é justificável, uma vez que ela foi publicada antes da norma BS EN 15978 (CEN, 2011), pioneira na definição de diretrizes para estipular o tempo de vida de edificações em ACVed. Entretanto, a norma é europeia e, embora ela ofereça subsídios para definição dos tempos de vida em qualquer ACVed, estudos fora do contexto europeu não são obrigados a segui-la. Após sua publicação, estudos indicaram a tendência de escolha de vidas uteis entre 20 e 50 anos (FAWCETT et al., 2012), e entre 40 e 100 anos, com um valor médio de 50 anos (ISLAM et al., 2015).
É consensual, porém, que esse tempo é longo o suficiente para criar diversas dificuldades na modelagem da fase de uso e de fim de vida da edificação (FAWCETT et al., 2012). Existem dificuldades para modelar adequadamente o consumo de energia operacional2, muito depen-dente da rotina de uso e das condições de conforto e operação demandadas pelos usuários da edificação. Ao longo da vida do edifício o padrão do consumo pode mudar muito, e a tecnologia
1 Energia incorporada é aquela utilizada na extração de matéria prima, produção e transporte dos materiais, nas instalações
técnicas, na construção e em possíveis reformas ao longo de sua vida útil (RAMESH et al., 2010)
2 Energia operacional é aquela consumida ao longo da fase de uso da edificação é denominada energia operacional,
de geração e entrega dessa energia pode ser aprimorada. Imprevisibilidades como essa costu-mam culminar em várias simplificações e suposições ao longo de uma ACVed (BASTOS et al., 2014; CHAU et al., 2015; RASHID; YUSOFF, 2015).
Diversas outras escolhas que precisam ser feitas ao longo da ACVed não só afetam direta-mente os resultados (ISLAM et al., 2015), como geram resultados muito específicos e limitam a comparabilidade entre estudos (RASHID; YUSOFF, 2015). Por exemplo, as suposições quanto ao número e escala das reformas ou quanto à escolha da destinação final dos resíduos de construção variam muito na literatura. Finalmente, a seleção das categorias de impacto ana-lisadas estão diretamente atreladas aos objetivos e intenções de cada estudo, e também variam bastante.
À complexidade da montagem do inventário em si, soma-se a enorme diversidade de dados que devem ser utilizados em avaliações na escala da edificação (ESCAMILLA; HABERT, 2017), sejam eles obtidos da indústria da construção, de bases de dados ou de declarações am-bientais de produtos. Ainda não existe uma metodologia normatizada para a coleta de tais da-dos, e aqueles disponíveis para a análise podem não ser representativos, estar ultrapassados ou simplesmente não existir (ANAND; AMOR, 2017). Mesmo nos casos em que os dados existem e são atuais, é de se esperar que parte dos dados do inventário perca sua representatividade e se torne ultrapassado em algum momento ao longo da vida da edificação.
A indústria da construção é única por conta da vasta gama de materiais, métodos construti-vos e longo tempo de vida envolvidos em uma edificação (RASHID; YUSOFF, 2015). Mesmo utilizando dados consistentes e softwares adequados, a constante evolução industrial e a inser-ção de cada vez mais tecnologia na construinser-ção faz com que, em intervalos cada vez mais curtos, dados consistentes se tornem ultrapassados (ISLAM et al., 2015; RASHID; YUSOFF, 2015). Os dados utilizados na estruturação do inventário da ACV costumam ser valores determi-nísticos, por vezes baseados em estimativas a respeito de um futuro que não pode ser previsto com precisão (FAWCETT et al., 2012). Por vezes esses dados são computados a partir de fluxos estimados em vez de efetivamente levantados. É comum que fatores como regionalidade, par-ticularidades do caso estudado, especificidades do processo de produção, condições geográficas e diferenças climáticas sejam desconsiderados. Além disso, no caso de ACVed conduzidas fora do contexto europeu, onde se concentram os conjuntos de dados de inventários disponíveis, a alta dependência de dados internacionais pode a levar a resultados que não representam a con-dição real da edificação em análise (HONG et al., 2016).
Os processos, e, consequentemente, os fluxos elementares de uma ACVed variam com as características da edificação, fazendo com que os dados de entrada de cada avaliação sejam específicos. Mesmo em estudos com alto rigor metodológico na coleta de dados, costuma ser difícil quantificar apropriadamente todos os fluxos do inventário (HONG et al., 2016). De modo geral, ACVs produzem resultados consistentes nos casos em que seus fluxos elementares estão identificados e propriamente quantificados. Entretanto, nem todos os impactos causados por uma edificação se enquadram bem nesse modelo de análise – onde impactos são descritos por meio de processos compostos por diversos fluxos elementares. Impactos causados pela edifica-ção no habitat e na biodiversidade local, por exemplo, são de difícil descriedifica-ção por meio da ACV (TODD, 2012).
Diante da enorme quantidade de fluxos elementares e dados envolvidos numa ACVed, é recomendável fazer uso de softwares para conduzir a avaliação de maneira mais eficiente (BRIBIÁN et al., 2009), como por exemplo o GaBi ou o SimaPro na Europa, e o ATHENA nos Estados Unidos e Canadá. Esses softwares utilizam bases de dados de inventário do ciclo de vida próprias (ex. ATHENA e GaBi) ou externas, como AusLCI (Austrália), e, principalmente,
Ökobau (Alemanha) e EcoInvent, sendo esta última, possivelmente, a mais internacional delas.
É importante e altamente recomendável utilizar dados de primeiro plano – ou seja, colhidos para o estudo em questão – complementados com dados de segundo planos, oriundos, por exem-plo, de bases de dados que (idealmente) contemplem a região na qual o estudo está sendo rea-lizado. O resultado de ACVed que se baseiam unicamente em dados genéricos tende a ser ape-nas uma aproximação dos reais impactos ambientais provocados pela edificação e pelas esco-lhas feitas ao longo do processo para modelá-la (BRIBIÁN et al., 2009). Sendo assim, a escolha da fonte dos dados do inventário caracteriza uma das maiores decisões a serem tomadas numa ACVed (ISLAM et al., 2015), e deve ser feita visando fornecer informações suficientes para efetuar os cálculos para a edificação (BRIBIÁN et al., 2009).
Finalmente, é importante ter em mente que a ACV é uma modelagem, e, por definição, simplificação da realidade. O terceiro desafio aqui ressaltado refere-se, portanto, a como tratar as incertezas inevitavelmente presentes nos resultados, decorrentes, por exemplo, de falhas de modelo, uso de dados pouco representativos ou suposições e generalizações feitas nas diferentes fases da avaliação. Na abordagem mais usual, que classifica incertezas entre cenário, modelo e parâmetro, essas últimas são particularmente amplificadas em casos de escassez de dados, po-dendo levar a resultados pouco representativos (CHAU et al., 2015).
2.2 Incertezas em ACVed
A aplicação de ACV na escala de edificações potencialmente incorpora e amplifica incer-tezas de parâmetro. Para identificar defasagens, tendências e lacunas no estado da arte atual e compreender melhor como as incertezas são introduzidas, qualificadas e quantificadas nesse tipo de avaliação, uma revisão sistemática da literatura (RSL) foi conduzida a partir da seguinte corrente de busca: “Life Cycle Assessment” AND Buildin* AND Uncertaint*. A busca abrangeu duas bases de dados (Scopus e Web of Science), totalizando 225 publicações, que posterior-mente resultaram em uma amostra primária de 20 artigos. O protocolo completo da revisão sistemática, incluindo critérios de inclusão e exclusão e o número de artigos selecionada em cada etapa encontra-se no Apêndice B.
A partir da amostra primária da revisão sistemática, foram levantados cinco pontos chave: (1) enfoque do estudo; (2) unidade funcional adotada; (3) fontes de dados utilizadas; (4) etapas do ciclo de vida consideradas; (5) categorias de impacto selecionadas; e (6) método utilizado na análise de incertezas.
Quanto ao enfoque dos estudos (tabela 1), de modo geral, existem dois grandes grupos de artigos na amostra primária: o primeiro grupo, composto por 7 artigos, foca primordialmente no aprimoramento metodológico da avaliação das incertezas, desenvolvendo um método e tes-tando-o em um estudo de caso. O segundo grupo, composto por 13 artigos, dá enfoque à ACV em um estudo de caso, posteriormente conduzindo uma análise de incertezas visando aumentar a transparência dos resultados encontrados, fornecendo mais informações para a interpretação dos mesmos.
Tabela 1 - Enfoque dos estudos que compõe a amostra primária da revisão sistemática da lite-ratura Sistemas estudados Blengini e Di Carlo (2010) Häfliger et al. (2017) Hoxha et al. (2014) Hoxha et al. (2017) Wang e Shen (2013a) Wang e Shen (2013b) Zhang e Wang (2017)
Principais materiais/sistemas de uma edifica-ção completa
Carabaño et al. (2016) Maia de Souza et al. (2016) Pomponi et al. (2017) Taborianski e Prado (2012)
(cont.)
Sistemas estudados
Escamilla e Habert (2017)
Lu et al. (2017) Sistema estrutural
Aktas e Bilec (2012) Pintura e sistemas de piso
Hasik et al. (2017) Sistema de tratamento de água in loco
Hong et al. (2016) Principais materiais/serviços envolvidos na
construção de uma edificação completa
Huijbregts et al. (2003) Sistema de isolamento termo acústico
Minne e Crittenden (2015) Sistema de piso
Silvestre et al. (2015) Sistema de revestimento
El Bachawati et al. (2016) Sistema de cobertura
Fonte: autoria própria
Quanto à unidade funcional utilizada (tabela 2), cada um dos 20 artigos utilizou uma uni-dade funcional diferente. Os estudos conduzidos por Blengini e Di Carlo (2010) e Häfliger et al. (2017), que contemplam os principais materiais/sistemas de uma edificação completa, são os que mais se aproximam de uma unidade funcional em comum. Os artigos de Carabaño et al. (2016), Maia de Souza et al. (2016) e Taborianski e Prado (2012), abordando sistemas de vedação externa; e de Hoxha et al. (2017) e Minne e Crittenden (2015), abordando sistemas diferentes, também apresentam certa semelhança em suas unidades funcionais, porém a inser-ção de detalhes como tipologia de edificainser-ção e tempos de vida na unidade funcional as particu-lariza.
Tabela 2 - Unidade funcional adotada na amostra primária da revisão sistemática da literatura
Unidade funcional adotada
Aktas e Bilec (2012) Tempo de vida de uma residência ocupada
Blengini e Di Carlo (2010) 1m2/ano
Carabaño et al. (2016) 1 medifícios comerciais com período de uso de 40 anos 2 não reflexivo de vedação vertical, voltado para uso em El Bachawati et al. (2016) Prover cobertura para uma área superficial de 834 m2 por 45
anos
Escamilla e Habert (2017) O sistema estrutural de um abrigo de 18m2 Häfliger et al. (2017) 1m2 de área de referência para energia por ano
Hasik et al. (2017) Um ano do uso de água de uma edificação
Hong et al. (2016); Hoxha et al. (2014); Wang e Shen (2013a); Wang e Shen (2013b); Zhang e Wang (2017)
-
(cont.)
Unidade funcional adotada
Huijbregts et al. (2003) Promoção de conforto térmico ao longo do tempo de vida da
habitação unifamiliar holandesa referência
Lu et al. (2017) O sistema estrutural de todo o edifício
Maia de Souza et al. (2016) Construção e manutenção de 1m
2 – um de largura por um de
altura – de parede externa, com um tempo de vida de 40 anos no Brasil
Minne e Crittenden (2015) 1manos 2 de piso de uma residência em um tempo de vida de 61
Pomponi et al. (2017) Uma unidade funcional de fachada dupla, um sistema de
re-vestimento de vidro.
Silvestre et al. (2015) 1m2 de revestimento aplicado na superfície externa da veda-ção vertical de uma edificaveda-ção
Taborianski e Prado (2012) 494m2 de fachada, divididos em quatro faces (norte, sul, leste e oeste), utilizados durante os 60 anos de vida útil do edifí-cio, proporcionando um ambiente interno termicamente con-fortável de 24oC em locais com ar condicionado nos dias úteis em que o edifício é utilizado
Fonte: autoria própria
As incertezas relacionadas a fonte dos dados utilizada nos estudos (Figura 3) costumam estar relacionadas a três principais fatores: o método utilizado para a coleta dos dados e sua respectiva precisão; a variabilidade devido a alteração de fatores externos, como por exemplo mudanças climáticas, tecnológicas e temporais; e a complexidade relacionada à aquisição de dados na construção, tendo em vista a vasta gama de atividades envolvidas no processo de construção e vida útil longa da edificação (HONG et al., 2016).
Figura 3 - Fontes de dados utilizadas na amostra primária da revisão sistemática da literatura
Fonte: autoria própria
Todos os estudos fazem uso de dados provenientes de fontes secundárias – bases de dados (14) ou da literatura (12) – enquanto apenas 9 utilizaram quaisquer tipos de dados primários,
0 2 4 6 8 10 12 14
Bases de dados Literatura Dados primários Opinião de
especialistas EPD N úm er o de a rt igos
complementados pelo dados secundários. Quatro artigos basearam-se exclusivamente em da-dos da base EcoInvent: El Bachawati et al. (2016); Escamilla e Habert (2017); Hasik et al. (2017); e Silvestre et al. (2015), sendo que apenas esse último estava inserido no contexto Eu-ropeu.
Embora a consulta a bases de dados seja uma estratégia válida para complementar dados inexistentes, elas foram criadas para composição dos chamados ‘dados de segundo plano’, para apoiar a análise do(s) processo(s) de interesse (‘dados de primeiro plano’) da ACV específica. Apoiar-se exclusivamente nesse tipo de dado não é uma prática recomendada, pois eles repre-sentam dados médios coletados de práticas em contextos específicos, normalmente europeus, que podem divergir e, consequentemente, inserir incertezas consideráveis quando simplesmente extrapolados para outras situações de análise. Essa é talvez a maior dificuldade para inserção efetiva da ACV como apoio à tomada de decisão em contextos não-europeus (ESCAMILLA; HABERT, 2017).
O quarto ponto levantado na RSL diz respeito às etapas do ciclo de vida consideradas no estudo (Figura 4). Nota-se que, mesmo em ACVed, a maior parte dos trabalhos limita-se aos materiais, produtos, componentes e/ou subsistemas da edificação, enquanto que as fases poste-riores no ciclo de vida da edificação - construção, uso e fim de vida - são abordadas com menor frequência.
Figura 4 - Etapas do ciclo de vida da edificação consideradas na amostra primária da RSL
Fonte: autoria própria
0 3 6 9 12 15 18 A 1 -E xt ra çã o de m at ér ia pr im a A 2 -T ra ns por te de m at ér ia pr im a A 3 -M anuf at ur a A 4 -T ra ns por te do pr odut o A 5 -C ons tr uç ão B 1 -Us o B2 -B 5 -M anut enç ão B 6 -C ons um o de e ne rgi a el ét ri ca B 7 -C ons um o de á gua C 1 -D em ol iç ão C 2 -T ra ns por te dos re sí duos C3 -C 4 -T ra ta m ent o/ de st ina çã o dos re sí duos N úm er o de a rt igos