agosto 2024 – El blog de Víctor Yepes

Hipótesis de partida del proyecto de investigación RESILIFE

ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón). Universitat Politècnica de València

En artículos anteriores ya presentamos un resumen y la justificación del proyecto de investigación RESILIFE: Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas, del cual soy investigador principal junto con el profesor Julián Alcalá. En este artículo justificaremos las hipótesis de partida de este proyecto.

La hipótesis principal de partida de RESILIFE es que un diseño óptimo y una construcción con estructuras híbridas basadas en los modernos métodos de construcción (MMC) son efectivos desde el punto de vista social y ambiental, y resilientes ante eventos extremos. La novedad radica en el empleo de la inteligencia artificial para optimizar la resiliencia y la sostenibilidad, con el fin de hacer frente a eventos extremos y evitar el colapso progresivo, protegiendo así la vida y la economía. De hecho, las estructuras híbridas de acero y las estructuras modulares son tipologías con elevadas posibilidades de generación de conocimiento (Sánchez-Garrido et al., 2023; Terreros-Bedoya et al., 2023). Además, existe un déficit de investigaciones que incorporen metaheurísticas híbridas emergentes y aprendizaje profundo (deep learning, DL) en la optimización multiobjetivo resiliente de este tipo de estructuras. Estas técnicas extraen información no trivial de las inmensas bases de datos procedentes de la optimización y mejoran la calidad y el tiempo de cálculo. Otra novedad en este proyecto es el uso de la teoría de juegos en la optimización multiobjetivo, empleada en la última tesis doctoral del grupo. Con esta propuesta metodológica se pretende abordar las incertidumbres del mundo real, planteando la optimización resiliente basada en la fiabilidad y en diseños robustos. Esta hipótesis debe extenderse a la toma de decisiones multicriterio que atienda a la sostenibilidad social y ambiental del ciclo de vida completo, que contemple las fluctuaciones tanto de los parámetros como de los escenarios posibles, especialmente con fuertes restricciones presupuestarias. La resolución del problema planteado presenta serias dificultades, por lo que se deben explorar metamodelos y DL capaces de acelerar el cálculo (Negrín et al., 2023).

Para alcanzar los objetivos del proyecto se basan en determinadas hipótesis:

Hipótesis 1: Es rentable diseñar estructuras innovadoras, resilientes y robustas frente a eventos extremos, que se puedan reparar cuando se optimizan a lo largo de su ciclo de vida.
Hipótesis 2: Las estructuras modulares permiten instaurar o restaurar infraestructuras rápidamente tras un evento extremo, y son eficientes desde el punto de vista social y ambiental.
Hipótesis 3: Las estructuras de acero híbridas mejoran las prestaciones de las estructuras de acero convencionales, mejorando la resiliencia ante eventos extremos, con niveles óptimos de sostenibilidad.
Hipótesis 4: Las metaheurísticas mejoran la calidad de las soluciones y reducen el tiempo de cálculo cuando se combinan con el aprendizaje profundo (DL).
Hipótesis 5: La optimización multiobjetivo de las estructuras híbridas de acero reduce los impactos sociales y ambientales a lo largo del ciclo de vida, siendo la teoría de juegos una técnica efectiva.
Hipótesis 6: La optimización multiobjetivo puede dar lugar a soluciones inviables con pequeñas variaciones en los parámetros o en las restricciones.
Hipótesis 7: Tanto el diseño óptimo basado en fiabilidad como el diseño óptimo robusto conducen a soluciones menos sensibles a la variabilidad y a los cambios en los escenarios (especialmente presupuestarios), pero se basan en funciones de probabilidad poco realistas por falta de datos.
Hipótesis 8: Es posible utilizar metamodelos y DL en el diseño óptimo robusto y en el diseño basado en fiabilidad para el proyecto y para el mantenimiento de estructuras híbridas y modulares.
Hipótesis 9: Las soluciones de mantenimiento óptimo de estructuras híbridas y modulares son diferentes si el análisis del ciclo de vida se incluye o no en la fase de proyecto.
Hipótesis 10: Dado un horizonte temporal para una estructura, es posible encontrar un diseño y una gestión posterior de dicho activo que mejore otras alternativas, incluso con presupuestos restrictivos.
Hipótesis 11: Las medidas de proyecto y preventivas derivadas de un sistema de apoyo a la toma de decisiones son preferibles por su menor coste social y ambiental a la reparación severa de las estructuras. La dimensión social incluye la integración del análisis de género en la investigación (IAGI).
Hipótesis 12: Es posible encontrar buenas prácticas en el diseño, la conservación, el mantenimiento y el desmantelamiento de estructuras híbridas y modulares que sean robustas ante cambios presupuestarios y resilientes ante eventos extremos.

Referencias

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Build. Eng., 73:106725.
TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. J Constr Steel Res, 207:107976.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Control de la temperatura del hormigón y amasado en tiempo frío

Figura 1. https://www.cdt.cl/hormigonado-en-tiempo-frio/

En tiempo frío, una de las medidas para evitar el riesgo de congelación es usar hormigón más caliente. Sin embargo, la protección contra las heladas no aumenta proporcionalmente con la temperatura del hormigón, ya que las pérdidas de calor son mayores cuanto más grande sea la diferencia térmica. Además, a mayor temperatura, se necesita más agua de amasado, lo que puede causar variaciones en la consistencia y, en ocasiones, un fraguado rápido. Las rápidas pérdidas de humedad en las superficies calientes del hormigón pueden provocar fisuras. Por lo tanto, la temperatura del hormigón fresco en el momento de su colocación debe mantenerse lo más cercana posible a los mínimos adecuados para las temperaturas ambientales previstas.

A modo de orientación, las medidas recomendables para el hormigonado en tiempo frío son las siguientes:

Para temperaturas ambientales entre +5 °C y 0 °C, calentar el agua de amasado y los áridos, y proteger el hormigón vertido de las heladas.
Para temperaturas entre 0 °C y -5 °C, se debe calentar el agua y los áridos, y proteger eficazmente el hormigón.
Para temperaturas inferiores a -5 °C, se debe suspender el hormigonado o realizar la fabricación y colocación dentro de un recinto que pueda calentarse.

Se puede aumentar la temperatura del hormigón calentando uno o varios de sus componentes. No se recomienda calentar el hormigón fresco durante su fabricación ni el ya fabricado. En cada caso, es necesario estudiar las medidas a adoptar, evaluando la viabilidad y la facilidad de cada opción, así como el cumplimiento de los requisitos que el hormigón final debe cumplir.

En primer lugar, se deben proteger los materiales tanto como sea posible de la temperatura ambiente, especialmente del viento y de la escarcha, mediante el uso de cubiertas o el almacenamiento en silos. También puede ser necesario aislar térmicamente los silos y las tuberías que transportan los materiales a la amasadora.

Además, es posible calentar los materiales para el hormigón. El método más sencillo es calentar el agua mediante un sistema de resistencias o con vapor de agua en un depósito antes de la amasadora. Se debe contar con un depósito aislado para mantener el agua caliente. Además, la temperatura del agua debe mantenerse constante para evitar variaciones entre cada amasada. En cualquier caso, se podría utilizar agua a temperaturas cercanas a la ebullición, aunque esto requiere un procedimiento de amasado más cuidadoso para evitar un fraguado relámpago. Aunque la cantidad de agua en el hormigón no es elevada, su calor específico es mucho mayor que el del cemento y los áridos. Si la temperatura ambiente no es demasiado baja, este sistema puede ser suficiente.

La temperatura de los aditivos tiene una influencia mínima en la del hormigón debido a su pequeña cantidad. El calentamiento del resto de los materiales debe realizarse con un sistema especial, ya que son sólidos con baja transmisión de calor. Al calentar los áridos, su temperatura en cualquier punto no debe superar los 100 °C y su temperatura media debe ser inferior a los 65 °C.

Si los áridos contienen hielo, nieve o grumos helados, deben deshacerse utilizando, por ejemplo, aire caliente insuflado desde distintos puntos, y deben almacenarse bajo lonas. Si la temperatura de los áridos es muy baja, debe iniciarse la descongelación el día anterior y mantenerse un calentamiento mínimo hasta su uso. Esto garantiza un contenido de humedad y temperatura más uniformes.

Cuando la temperatura del aire es inferior a -5 °C, suele ser necesario calentar los áridos, además del agua de amasado, para elevar la temperatura del hormigón. Los áridos no deben calentarse a más de 65 °C, ya que este valor es considerablemente superior al necesario habitualmente para alcanzar la temperatura deseada en el hormigón fresco. Si la grava está libre de hielo o grumos helados y el agua de amasado se calienta a 60 °C, se pueden lograr temperaturas adecuadas en el hormigón simplemente calentando la arena, generalmente a una temperatura no superior a 40 °C. Si también es necesario calentar la grava, basta con que alcance los 15 °C.

Durante el proceso de calentamiento, se recomienda cubrir las superficies expuestas de los áridos con lonas para asegurar una distribución uniforme del calor. Además, se debe tener cuidado al utilizar las primeras cargas de áridos calentados con vapor, ya que pueden permanecer en las tolvas durante un tiempo prolongado. Para evitar problemas, puede ser útil descargar las primeras toneladas de árido muy caliente en la parte superior de la tolva.

Por otro lado, el cemento suele llegar caliente a la planta, pues no se enfría lo suficiente en la fábrica después de su calcinación y molienda. Así pues, puede ser beneficioso aislar el silo de la planta o almacenar el cemento en un silo previo aislado para evitar que se enfríe antes de transferirlo al silo principal de la planta.

El proceso de amasado no varía respecto al realizado en condiciones normales. El calor generado en la amasadora por el rozamiento del hormigón con la cuba y las palas, junto con el breve tiempo de permanencia en ella, evita que el agua de amasado se congele. Por esta razón, la amasadora no requiere un aislamiento específico. Sin embargo, es recomendable que la amasadora esté adecuadamente aislada, para lo que se pueden utilizar materiales como espuma de poliestireno o fibra de vidrio para su recubrimiento externo.

La temperatura recomendada del hormigón durante el amasado debe ser de 3 a 4 °C superior a la necesaria en la obra, para compensar la pérdida de calor durante el transporte.

Es fundamental amasar los materiales durante un período prolongado y con suficiente energía para lograr una mezcla con temperatura uniforme. También es esencial asegurarse de que ninguno de los componentes esté congelado y de que las temperaturas se mantengan constantes entre amasadas. Esto evita variaciones en la demanda de agua, aire ocluido, velocidad de fraguado y asentamiento del hormigón. Si el tamaño del árido es muy grande (63 mm o superior), la masa de hormigón puede tardar hasta 20 minutos en alcanzar una temperatura uniforme.

Además, el uso de agua caliente puede reducir la efectividad de los aditivos, especialmente del aireante. Por ello, se recomienda añadir los aditivos al final del proceso, cuando la temperatura del agua haya disminuido tras mezclarse con el resto de los materiales.

Si se utiliza una relación agua/cemento muy baja, es necesario controlar cuidadosamente la fluidez a la salida de la amasadora para asegurar que el hormigón llegue a la obra en condiciones óptimas para su colocación. En la Tabla 1 se pueden consultar las temperaturas mínimas recomendadas del hormigón a la salida de la amasadora, en función de la temperatura del aire y del espesor mínimo de la pieza a hormigonar.

Tabla 1. Temperaturas mínimas recomendadas en el hormigón a la salida de la amasadora

Temperatura del aire	Dimensión mínima de la sección en mm
Temperatura del aire	< 300	300-900	900-1800	>1800
> -1 °C	16 °C	13 °C	10 °C	7 °C
-1 °C a -18 °C	18 °C	16 °C	13 °C	10 °C
< -18 °C	21 °C	18 °C	16 °C	13 °C

Referencias:

AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.

ACI COMMITTEE 306. Cold wheather concreting (ACI 306R-16). American Concrete Institute.

AENOR (2022). UNE 83151-1 IN Hormigonado en condiciones climáticas especiales. Parte 1: Hormigonado en tiempo frío. Madrid, 27 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Justificación del proyecto de investigación RESILIFE

Figura 1. Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) — Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)

En un artículo anterior ya presentamos un resumen del proyecto de investigación RESILIFE: Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas, del cual soy investigador principal junto con el profesor Julián Alcalá. En este artículo justificaremos brevemente la necesidad de este proyecto.

Entre 2003 y 2013, diversos desastres naturales (terremotos, tsunamis, tifones, deslizamientos e inundaciones) y provocados por el ser humano (explosiones, vertidos o impactos) ocasionaron más de 1,1 millones de muertes, afectaron a más de 2000 millones de personas y provocaron pérdidas estimadas en 1,5 billones de dólares (Hao y Li, 2019). Estos eventos, que siguen presentes en los últimos años, resaltan la urgencia de desarrollar estructuras resilientes, sostenibles y de alto rendimiento que protejan la vida y la economía. Además, los eventos extremos requieren adaptaciones eficaces y económicas en el diseño, construcción, reparación y mantenimiento de infraestructuras, lo que impulsa la investigación en construcción sostenible para reducir la huella de carbono y otros impactos.

Los eventos extremos, junto con errores de diseño, construcción y falta de mantenimiento, suelen provocar daños estructurales locales que pueden desencadenar el colapso progresivo del edificio (Adam et al., 2018). Caredda et al. (2013) determinaron que este tipo de colapso se debió a errores de construcción y diseño en el 65 % de los casos estudiados. Algunos eventos han demostrado que las intervenciones locales preventivas pueden salvar tanto vidas de usuarios como infraestructuras, resaltando así la importancia del mantenimiento. La falta de eficacia en las reparaciones de hormigón es uno de los principales problemas en ingeniería estructural. En Europa, solo el 50 % de las operaciones de restauración en edificaciones de hormigón es efectiva, a pesar de que la rehabilitación representa casi la mitad de las inversiones en construcción (Borghese et al., 2023).

El crecimiento económico, el aumento de la población y de la urbanización, así como el calentamiento global y el agotamiento de los recursos naturales implican que la construcción de estructuras deba considerar la sostenibilidad, la durabilidad y una gestión inteligente del ciclo de vida, además de la seguridad, el rendimiento y la resiliencia. Para ello, es necesario emplear materiales sostenibles y residuos industriales en la construcción; nuevas formas y diseños estructurales para controlar las vibraciones y mitigar los efectos de las cargas; tecnologías de prefabricación innovadoras mediante impresión 3D y construcción modular para minimizar las interrupciones en la obra y mejorar el control de calidad; así como nuevos conceptos de diseño y construcción, estructuras desplegables y estructuras de sacrificio para mejorar la resiliencia y la resistencia a cargas extremas.

La recuperación de estructuras dañadas implica recursos y emisiones considerables. Por tanto, el diseño y la construcción de estructuras deben enfocarse en la sostenibilidad, la durabilidad, la resistencia múltiple, la resiliencia y la monitorización inteligente del ciclo de vida. Este enfoque es esencial para cumplir los ODS de las Naciones Unidas y abordar los desafíos climáticos y ambientales.

No obstante, la modernización de las infraestructuras conlleva un coste prohibitivo, lo que resalta la necesidad de asignar eficazmente los limitados recursos presupuestarios. Ante la complejidad de este desafío, se plantean propuestas de optimización resiliente para facilitar la toma de decisiones considerando la aleatoriedad e incertidumbres inherentes. Por ejemplo, esto se aplica a las redes eléctricas, donde los apagones derivados de condiciones meteorológicas adversas generaron costes anuales de entre 18 000 y 33 000 millones de dólares entre 2003 y 2012 (Yuan et al., 2015).

Una estructura resiliente bien diseñada puede no requerir reparación o bien puede recuperarse con reparaciones menores después de un evento extremo, como puede ser el caso de puentes con resiliencia sísmica (Dong et al., 2022). Guaygua et al. (2023) revelaron la correlación entre los edificios prefabricados y aspectos como las conexiones secas, la disipación de energía, el diseño óptimo y el colapso progresivo. Los últimos avances en estructuras industrializadas pasan por mejoras en las uniones de las estructuras prefabricadas, que son los puntos más vulnerables ante los seísmos. De este modo, se están creando edificios que, a través de ingeniosos métodos de disipación de energía, están equiparando sus prestaciones y seguridad a las estructuras tradicionales sancionadas por la práctica. Sánchez-Garrido et al. (2023) detectan lagunas en la investigación, incluida la necesidad de aplicar más las estructuras innovadoras basadas en métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC). Asimismo, resaltan la importancia de abordar la mejora del entorno construido a través del paradigma del diseño regenerativo. Se necesita más investigación para comprender los sistemas de construcción interdependientes mediante el uso de gemelos digitales.

Las estructuras de acero se consideraban resistentes a los terremotos, pero esta percepción cambió tras los eventos de Northridge en 1994 y Kobe en 1995, que revelaron fracturas frágiles, especialmente en las conexiones viga-columna. Desde entonces, se ha explorado el uso de materiales emergentes y diseños innovadores para reducir el riesgo de fallo frágil temprano (Fang et al., 2022). Los cambios extremos de temperatura afectan a la resistencia y la rigidez de las estructuras de acero, por lo que es necesario aumentar el tamaño de la sección transversal para compensar la reducción de la rigidez y evitar fallos estructurales (Keles et al., 2024). Esta reducción de la capacidad resistente con la temperatura también ocurre con las estructuras de hormigón (Tang et al., 2023). Las vigas de acero híbridas optimizan la resistencia a la flexión y al cortante, y mejoran a los elementos de acero homogéneos. No obstante, la investigación debe cubrir las lagunas existentes en su aplicación a estructuras complejas y su capacidad de resistir acciones extremas (Terreros-Bedoya et al., 2023). Otra oportunidad son los materiales compuestos multifuncionales que se aplican en columnas y permiten reducir el peso y mejorar la resistencia en edificios altos y entornos agresivos. Estas innovaciones superan las limitaciones de las estructuras tradicionales de acero y hormigón, así como de las tecnologías convencionales de construcción (Sojobi et al., 2023).

No obstante, no todas las estructuras pueden diseñarse para resistir cualquier evento extremo, por lo que se tiende a incrementar su funcionalidad todo lo posible. El diseño de estructuras resilientes requiere esfuerzos colaborativos e interdisciplinarios para formular nuevos enfoques y métricas que consideren el rendimiento y los aspectos funcionales posteriores al evento. Las estructuras resilientes deben contemplar su vida útil en relación con los impactos de los desastres, las reparaciones, el mantenimiento y la evolución de las acciones sobre ellas. Actualmente no existen procedimientos explícitos para cuantificar la resiliencia de las estructuras e infraestructuras en el contexto de múltiples amenazas ni para comparar las estructuras y los sistemas en términos de su resiliencia (Khaloo y Mobini, 2016). Surge la oportunidad de implementar aspectos de la resiliencia estructural, como la funcionalidad técnico-socioeconómica, los principios de diseño basados en el riesgo probabilístico y la resiliencia, las dependencias ambientales y los sistemas de apoyo a la toma de decisiones basados en la resiliencia. Para ello, resulta fundamental integrar el proyecto estructural dentro del paradigma de modelos de información en la construcción (BIM) (Fernández-Mora et al., 2022).

Referencias

ADAM, J.M.; PARISI, F.; SAGASETA, J.; LU, X. (2018). Research and practice on progressive collapse and robustness of building structures in the 21st century. Struct., 173:122-149.
ALCALÁ, J.; NAVARRO, F. (2020). Viga en cajón mixta acero-hormigón. Patente P202030530, 4 junio 2020.
BORGHESE, V.; CONTIGUGLIA, C.P.; LAVORATO, D.; SANTINI, S.; BRISEGHELLA, B. (2023). Sustainable retrofits on reinforced concrete infrastructures. Bulletin of Geophysics and Oceanography, https://doi.org/10.4430/bgo00436
CAREDDA, G.; MAKOOND, N.; BUITRAGO, M.; SAGASETA, J.; CHRYSSANTHOPOULOS, M.; ADAM, J.M. (2023). Learning from the progressive collapse of buildings. Built Environ., 15:100194.
DONG, H.; HAN, Q.; DU, X.; ZHOU, Y. (2022). Review on seismic resilient bridge structures. Struct. Eng., 25(7):1565-1582.
FANG, C.; WANG, W.; QIU, C.; HU, S.; MacRAE, G.A.; EARTHERTON, M.R. (2022). Seismic resilient steel structures: A review of research, practice, challenges and opportunities. J Constr Steel Res, 191,107172.
FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Integration of the structural project into the BIM paradigm: a literature review. Build. Eng., 53:104318.
GARCÍA, J.; VILLAVICENCIO, G.; ALTIMIRAS, F.; CRAWFORD, B.; SOTO, R.; MINTATOGAWA, V.; FRANCO, M.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; YEPES, V. (2022). Machine learning techniques applied to construction: A hybrid bibliometric analysis of advances and future directions. Constr., 142:104532.
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M. (2017). Multi-Objective Design of Post-Tensioned Concrete Road Bridges Using Artificial Neural Networks. Multidiscip. Optim., 56(1):139-150.
GUAYGUA, B.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2023). A systematic review of seismic-resistant precast concrete buildings. Structures, 58; 105598.
HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Power Spectral Density method performance in detecting damages by chloride attack on coastal RC bridge. Eng. Mech., 85(2):197-206.
HAO, H.; LI, J. (2019). Sustainable High-Performance Resilient Structures. Engineering, 5(2):197-198.
KELES, M.; ARTAR, M.; ERGÜN, M. (2024). Investigation of temperature effect on the optimal weight design of steel truss bridges using Cuckoo Search Algorithm. Structures, 59:105819.
KHALOO, A.; MOBINI, M. (2016). Towards resilient structures. Iran., 23(5), 2077-2080.
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Discrete swarm intelligence optimization algorithms applied to steel-concrete composite bridges. Struct., 266:114607.
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Optimal design of steel-concrete composite bridge based on a transfer function discrete swarm intelligence algorithm. Multidiscip. Optim., 65:312
MATHERN, A.; PENADÉS-PLÀ, V.; ARMESTO BARROS, J.; YEPES, V. (2022). Practical metamodel-assisted multi-objective design optimization for improved sustainability and buildability of wind turbine foundations. Multidiscip. Optim., 65:46.
MAUREIRA, C.; PINTO, H.; YEPES, V.; GARCÍA, J. (2021). Towards an AEC-AI industry optimization algorithmic knowledge mapping. IEEE Access, 9:110842-110879.
MORENO, J.D.; PELLICER, T.M.; ADAM, J.M.; BONILLA, M. (2018). Exposure of RC building structures to the marine environment of the Valencia coast. Build. Eng., 15: 109-121.
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Sustainability assessment of concrete bridge deck designs in coastal environments using neutrosophic criteria weights. Struct Infrast Eng, 16(7): 949-967.
NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023a). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. J Constr Steel Res, 211:108131.
NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023b). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631.
NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023c). Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction. Struct., 293:116657
ORTEGA, A.I.; PELLICER, T.M.; CALDERÓN, P.A.; ADAM, J.M. (2018). Cement-based mortar patch repair of RC columns. Comparison with all-four-sides and one-side repair. Constr Build Mater., 186: 338-350.
PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2020). Robust decision-making design for sustainable pedestrian concrete bridges. Struct., 209: 109968.
SALAS, J.; YEPES, V. (2022). Improved delivery of social benefits through the maintenance planning of public assets. Infrastruct. Eng., DOI:10.1080/15732479.2022.2121844
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Build. Eng., 73:106725.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision-making applied to the sustainability of building structures based on Modern Methods of Construction. Clean. Prod., 330:129724.
SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects. Clean. Prod., 176:521-534.
SOJOBI, A.O.; LIEW, K.M. (2023). Multi-objective optimization of high performance concrete columns under compressive loading with potential applications for sustainable earthquake-resilient structures and infrastructures. Struct., 315:117007.
TANG, Y.; WANG, Y.; WU, D.; CHEN, M.; PANG, L.; SUN, J.; FENG, W.; WANG, X. (2023). Exploring temperature-resilient recycled aggregate concrete with waste rubber: An experimental and multi-objective optimization analysis. Adv. Mater. Sci., 62(1):20230347.
TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. J Constr Steel Res, 207:107976.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO₂ emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Constr., 49:123-134.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Civ. Mech. Eng., 17(4):738-749.
YUAN, W.; WANG, J.; QIU, F.; CHEN, C.; KANG, C.; ZENG, B. (2016). Robust Optimization-Based Resilient Distribution Network Planning Against Natural Disasters. IEEE Trans Smart Grid, 7(6):2817-2826.
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Carbon impact assessment of bridge construction based on resilience theory. Civ. Eng. Manag., 29(6):561-576.
ZHOU, Z.; ZHOU, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Thermal coupling optimization of bridge environmental impact under natural conditions. Impact Assess. Rev., 104:107316.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Colocación y curado de hormigones ligeros

Figura 1. https://www.laterlite.es/productos/hormigones-estructurales-ligeros/latermix-beton-1600/

Las reglas básicas para el manejo del hormigón, ya abordadas en artículos anteriores, también se aplican al hormigón de áridos ligeros, sin especificaciones particulares adicionales. Sin embargo, es crucial tener en cuenta su mayor tendencia a la segregación. Por lo tanto, se deben extremar las precauciones en cuanto a la máxima caída libre, el uso de trompas y el hormigonado de elementos estrechos con bandas de plástico, entre otros aspectos.

La compactación del hormigón con áridos ligeros requiere una mayor energía de vibración en comparación con la de un hormigón normal. Por lo tanto, se debe reducir la separación entre los puntos de inmersión de los vibradores al 70% de la distancia utilizada para el hormigón convencional, ya que estos hormigones se dispersan menos lateralmente debido a su menor peso. Además, el radio de acción del vibrado es menor, por lo que es necesario colocar el hormigón en más puntos y distribuirlo manualmente en elementos horizontales, lo cual resulta más fácil que con los hormigones normales. El desplazamiento lateral mediante vibración es muy difícil y, además, conlleva el riesgo de segregación. Por otra parte, dado que algunos áridos ligeros tienden a flotar, es necesario tomar precauciones adicionales, como utilizar vibradores de superficie o rodillos que ayuden a introducir los áridos en el interior de la masa.

La vibración del hormigón con áridos ligeros debe realizarse con extremo cuidado para evitar la segregación y la separación de los áridos en capas de densidad variable. La compactación del hormigón ligero se realiza casi exclusivamente mediante vibradores. El menor peso de este hormigón amortigua el efecto del vibrado, ya que las ondas mecánicas se propagan mejor en materiales de mayor densidad. Además, los áridos porosos ligeros atenúan las vibraciones, reduciendo significativamente el radio efectivo del vibrador.

Como regla general, debe duplicarse el número de puntos de vibración interna o, en caso de utilizar vibradores externos, debe colocarse el doble de estos. Los vibradores internos deben introducirse al menos tres veces por metro. Debido a la limitada penetración de la vibración en este tipo de hormigón, no es necesario utilizar equipos muy potentes. Se recomienda emplear agujas vibradoras con diámetros de entre 50 y 700 mm y frecuencias de entre 150 y 200 Hz.

En elementos horizontales, es crucial evitar la segregación del hormigón. Mientras que en el hormigón normal el exceso de vibrado provoca que el mortero y la lechada migren hacia la superficie, dejando el árido grueso en el fondo, en el hormigón de áridos ligeros ocurre lo contrario: los áridos flotan y el cemento se acumula en el fondo. Por ello, se debe controlar cuidadosamente el tiempo de vibrado y aplicar la regla de vibrar en muchos puntos durante poco tiempo. Se recomienda usar hormigones con un asentamiento de cono entre 60 y 100 mm, ya que asentamientos mayores pueden causar la flotación del árido grueso y dificultar el acabado. El asentamiento del hormigón con áridos ligeros debe ser aproximadamente la mitad del recomendado para el hormigón con áridos normales, en cualquier aplicación específica.

El uso de aire ocluido y la cantidad mínima óptima de agua son esenciales para asegurar que estos hormigones ligeros tengan la trabajabilidad necesaria para un vertido y acabado adecuados, especialmente aquellos hechos con áridos triturados, angulares e intensamente vesiculares. De este modo, se minimizan el sangrado, la segregación y la flotación no deseada de las partículas de árido más grandes y menos densas hacia la superficie.

El riesgo de flotación del árido ligero aumenta con vibraciones excesivas. Para lograr un buen acabado superficial en la cara expuesta del hormigón, es fundamental utilizar herramientas adecuadas que presionen el árido ligero e integren adecuadamente en la masa, asegurando que quede recubierto por la lechada. El uso de reglas vibrantes proporciona buenos acabados superficiales, ya que hunden los áridos gruesos y cubren la superficie con una capa de pasta, lo que mejora el acabado y facilita el pulido posterior. En cambio, si se utiliza una regla normal entre los bordes del encofrado, los áridos gruesos superficiales pueden desplazarse, lo que provoca oquedades y defectos en la superficie.

En cuanto al curado, la capacidad de absorción de agua de los áridos hace que, en general, el hormigón disponga de suficiente agua para completar el proceso de hidratación sin necesidad de aporte externo, especialmente cuando se utilizan áridos saturados. Sin embargo, si se emplean áridos secos, es necesario extremar las condiciones de curado añadiendo agua para asegurar un adecuado proceso de hidratación. Además, se debe evitar la desecación superficial, al igual que en los hormigones normales, especialmente en condiciones de baja humedad relativa y altas temperaturas. Los tiempos de curado deben ser similares a los requeridos para los hormigones normales.

El curado del hormigón de áridos ligeros debe comenzar inmediatamente después de su colocación, con mayor rigor que en el caso del hormigón normal. La mayor difusión del vapor de agua provoca un secado más rápido, por lo que es fundamental extremar el curado para evitar la formación de grietas y los problemas derivados de la pérdida de agua durante la hidratación del cemento. Es necesario proteger las superficies expuestas, cubriéndolas con tejidos húmedos, láminas de plástico, añadiendo suficiente agua o utilizando membranas de curado.

Se recomienda mantener el curado durante 7 días si la temperatura supera los 10 °C.

En elementos prefabricados, también puede utilizarse el curado al vapor, aunque se deben tomar ciertas precauciones para evitar problemas derivados de una mayor absorción de agua por parte de los áridos, lo que podría calentar en exceso la masa de hormigón.

Diversos experimentos recomiendan que la temperatura en la cámara de vapor no supere los 60-65 °C. Esto implica un tiempo mínimo de espera de 3 horas antes de iniciar el tratamiento y una velocidad de calentamiento limitada a 20 °C por hora. Con estas restricciones y un tratamiento total de 12 a 18 horas, se logran las resistencias necesarias para proceder al destensado sin causar problemas posteriores.

Debido a la menor conductividad térmica de los áridos ligeros, estos hormigones tienden a liberar menos calor de hidratación. Sin embargo, dado que los áridos ligeros tienen un módulo de elasticidad menor, la microfisuración de la matriz resultante es, por lo general, menor que la de los hormigones normales.

Os dejo un vídeo ilustrativo al respecto de la puesta en obra de un hormigón ligero elaborado con arlita.

Referencias:

ACI COMMITTEE 304. Guide for Measuring, Mixing, Transporting, and Placing Concrete. ACI 304R-00.

BUSTILLO, M. (2008). Hormigones y morteros. Fueyo Editores, Madrid, 721 pp.

CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.

FERNÁNDEZ CÁNOVAS, M. (2004). Hormigón. 7ª edición, Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Servicio de Publicaciones, Madrid, 663 pp.

GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.

TIKTIN, J. (1994). Procesamiento de áridos: instalaciones y puesta en obra de hormigón. Universidad Politécnica de Madrid. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Madrid, 360 pp. ISBN: 84-7493-205-X.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.