Mes: noviembre 2024

Predimensionamiento óptimo de tableros de puentes losa pretensados aligerados

Figura 1. Vista aérea de paso superior. Google Maps.

El artículo de investigación presentado en el 28th International Congress on Project Management and Engineering por los autores Yepes-Bellver, Martínez-Pagán, Alcalá, y Yepes es un análisis integral del predimensionamiento de los tableros de puentes losa pretensados aligerados.

Este informe detalla su importancia y sugiere mejoras en el diseño estructural mediante la optimización con métodos avanzados como el modelo Kriging y algoritmos de optimización heurística.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

1. Contexto del empleo de los puentes losa pretensados aligerados

Los puentes de losa pretensada son fundamentales en las infraestructuras de carreteras y vías ferroviarias debido a su capacidad para cubrir luces de entre 10 y 45 metros, lo que los hace más resistentes, duraderos y adaptables a distintos diseños geométricos. El coste de estos puentes suele representar entre un 5 % y un 15 % de los gastos totales de una infraestructura de transporte. Además, los puentes losa ofrecen una mayor flexibilidad y una apariencia estética superior, ya que eliminan las juntas de calzada, lo que mejora la comodidad y reduce el desgaste del tablero al tráfico.

Principales ventajas de los puentes losa pretensados:

  • Resistencia y durabilidad: estos puentes ofrecen una alta resistencia a la torsión y la flexión, por lo que son ideales para soportar cargas variables y condiciones climáticas adversas.
  • Versatilidad en el diseño: gracias a su construcción in situ, es posible adaptarlos a terrenos irregulares o a condiciones complejas, como curvas pronunciadas y anchos variados, lo que permite construirlos con rasantes bajas.
  • Ahorro de materiales y costes: Al diseñarse sin juntas y con posibilidades de aligeramiento, su mantenimiento resulta menos costoso en comparación con otras tipologías.

2. Predimensionamiento y limitaciones en los métodos actuales

El predimensionamiento es esencial en la fase preliminar del diseño de puentes con losas pretensadas. Tradicionalmente, los ingenieros utilizan reglas empíricas basadas en la experiencia para definir parámetros geométricos iniciales, como el espesor de la losa, la relación entre el canto y la luz y la cantidad de armadura activa y pasiva. Sin embargo, estos métodos tradicionales tienen limitaciones en cuanto a eficiencia y sostenibilidad, ya que no optimizan el uso de materiales ni reducen el impacto ambiental.

Desventajas de los métodos convencionales de predimensionamiento:

  • Rigidez en el diseño: los métodos empíricos pueden ser inflexibles, lo que limita las opciones de diseño y hace que la estructura no se adapte eficientemente a los criterios de optimización moderna.
  • Ineficiencia económica y ambiental: al no tener en cuenta factores de sostenibilidad y costes, estos métodos pueden provocar un uso excesivo de materiales, lo que aumenta la huella de carbono y el consumo energético.

3. Propuesta de optimización con modelos Kriging y metaheurísticas

La propuesta de los investigadores consiste en aplicar una optimización bifase mediante modelos Kriging combinados con el recocido simulado, un algoritmo heurístico. Esta técnica permite reducir el tiempo de cómputo en comparación con los métodos de optimización tradicionales sin perder precisión. La optimización se centra en tres objetivos clave:

  • Minimización del coste
  • Reducción de emisiones de CO₂
  • Disminución del consumo energético

El Kriging, un tipo de metamodelo, facilita la interpolación de datos en una muestra determinada, lo que permite que los valores estimados sean predictivos y evite el alto coste computacional que conllevan las simulaciones estructurales completas. Para implementar esta técnica, se usa un muestreo de hipercubo latino (LHS), que permite generar variaciones en el diseño inicial de los puentes y proporciona una base sobre la que se aplica el modelo Kriging para ajustar las alternativas optimizadas de diseño.

4. Resultados y comparación con diseños convencionales

A continuación, se exponen los principales hallazgos del estudio, basados en la optimización de puentes reales y en la comparación con métodos empíricos:

  • Esbeltez y espesor de la losa: la investigación recomienda que aumentar la relación entre el canto y la luz mejora la sostenibilidad del diseño. Los puentes optimizados presentan relaciones de hasta 1/30, en comparación con el rango usual de 1/22 a 1/25.
  • Volumen de hormigón y armaduras: los resultados muestran una disminución del volumen de hormigón y del número de armaduras activas necesarias, mientras que aumenta el número de armaduras pasivas. Este ajuste permite reducir tanto el coste como las emisiones.
  • Uso de materiales de construcción: se recomienda el uso de hormigón de resistencia entre 35 y 40 MPa para obtener una combinación óptima entre coste y sostenibilidad. La cantidad de aligeramientos interiores y exteriores también contribuye significativamente a la reducción del peso total sin comprometer la resistencia.

Comparativa de materiales:

  • Cuantía de hormigón: entre 0,55 y 0,70 m³ por m² de losa. La optimización reduce el consumo a 0,60 m³ para puentes económicos y a 0,55 m³ para priorizar la reducción de emisiones.
  • Armadura activa: la cantidad recomendada es inferior a 17 kg/m² de tablero. Esto representa una reducción significativa en comparación con los diseños tradicionales, que promedian alrededor de 22,64 kg/m².
  • Armadura pasiva: se debe aumentar la cuantía hasta 125 kg/m³ para proyectos de alta sostenibilidad, en contraste con los valores convencionales.

5. Herramientas prácticas para los proyectistas: nomogramas para el predimensionamiento

Uno de los aportes más valiosos del estudio es la creación de nomogramas que permiten a los ingenieros realizar predimensionamientos precisos con un mínimo de datos. Los nomogramas se desarrollaron mediante modelos de regresión múltiple y ofrecen una forma rápida de estimar:

  • La cantidad de hormigón necesaria.
  • El espesor de la losa.
  • La armadura activa en función de la luz del puente y los aligeramientos aplicados.

Estos nomogramas son útiles en las primeras fases de diseño, ya que permiten obtener valores cercanos a los óptimos de manera rápida y eficiente. Los gráficos incluyen secuencias de cálculo específicas con ejemplos de puentes con luces de 34 m y aligeramientos medios (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,40 m³/m²), lo que facilita un proceso de diseño preliminar que cumple con criterios de sostenibilidad.

Figura 2. Nomograma para estimar el canto del tablero (m). Fuente: Yepes-Bellver et al. (2024)

6. Recomendaciones para el diseño sostenible de puentes losa pretensados aligerados

Basándose en los resultados de optimización, el estudio recomienda ajustar ciertos parámetros de diseño para mejorar la sostenibilidad y reducir los costes:

  • Aumento de la relación canto/luz: se debe aumentar la relación a 1/26 o incluso 1/30 para conseguir diseños sostenibles.
  • Reducción del hormigón utilizado: limitar el uso de hormigón a 0,60 m³/m², o menos si la prioridad es reducir las emisiones.
    Cuantía de armaduras: para la armadura pasiva, se recomienda un mínimo de 125 kg/m³, mientras que la armadura activa debe reducirse a 15 kg/m² de losa.
    Aligeramientos amplios: utilizar aligeramientos significativos (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,50 m³/m²) para reducir el peso estructural y minimizar el material empleado.

7. Conclusión: innovación en el diseño de infraestructuras sostenibles

El uso de modelos predictivos, como el Kriging, y de técnicas de optimización avanzada en el diseño de puentes supone un gran avance hacia la construcción de infraestructuras sostenibles y eficientes. Estos métodos permiten reducir costes y minimizar el impacto ambiental, dos factores críticos en la ingeniería moderna. Al promover estos enfoques, la investigación allana el camino hacia políticas de infraestructura más responsables y sostenibles, un objetivo alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

8. Perspectivas futuras: expansión de la metodología de optimización

Los autores proponen continuar esta línea de investigación aplicando el modelo Kriging y otros metamodelos a diversas estructuras de ingeniería civil, como marcos de carretera, muros de contención y otros tipos de puentes. Esta expansión podría sentar las bases para nuevos estándares en el diseño de infraestructuras sostenibles.

Este estudio se presenta como una herramienta esencial para ingenieros y proyectistas interesados en mejorar el diseño estructural mediante métodos modernos de optimización, ya que ofrece un enfoque práctico y avanzado para lograr una ingeniería civil más sostenible.

Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:

Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:

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Referencia:

YEPES-BELLVER, L.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Análisis del predimensionamiento de tableros óptimos de puentes losa pretensados aligerados y su incidencia en el proyecto estructural. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 407-419. DOI:10.61547/2402010

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Vigas híbridas de acero: la apuesta sostenible que transforma costos y rendimiento en la construcción

Un artículo reciente publicado en el Journal of Constructional Steel Research, liderado por los investigadores Agustín Terreros-Bedoya, Iván Negrín, Ignacio Payá-Zaforteza y Víctor Yepes de la Universitat Politècnica de València, explora en profundidad el uso de vigas híbridas de acero como una alternativa innovadora y sostenible a las vigas tradicionales de acero homogéneo.

Estas vigas híbridas, que combinan diferentes tipos de acero de distintas resistencias en sus componentes (alas y alma), han demostrado tener un gran potencial para optimizar el uso de materiales en la construcción, mejorar la eficiencia estructural y reducir costes y el impacto ambiental.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Vigas híbridas: concepto y ventajas

El estudio parte de la necesidad de encontrar soluciones estructurales que no solo cumplan con altos estándares de rendimiento, sino que también sean sostenibles. En una viga híbrida, el acero de alta resistencia se utiliza en las alas, donde se requiere mayor capacidad de resistencia a esfuerzos, mientras que el alma se construye con un acero de resistencia media, lo que reduce el peso y el coste del material sin comprometer su resistencia general. Este diseño permite que la viga absorba cargas significativas y redistribuya los esfuerzos de forma más eficiente que una viga homogénea, con lo que se logra una estructura más liviana y económica.

Metodología y análisis

La investigación analiza 128 publicaciones previas sobre el tema, utilizando un análisis de correspondencia simple para identificar patrones y relaciones entre variables de diseño, como la resistencia de las alas y el alma, las condiciones de carga y los métodos de cálculo. Mediante esta metodología, los autores logran sistematizar el conocimiento existente sobre el tema y destacan los enfoques de diseño más eficaces. Este análisis también identificó los «ratios híbridos» ideales, es decir, la proporción óptima entre la resistencia del acero en el alma y en las alas para maximizar el rendimiento de la viga. Un hallazgo clave es que los ratios híbridos entre 1,3 y 1,6 suelen proporcionar un equilibrio óptimo entre resistencia y economía de material.

Sostenibilidad y beneficios económicos

Además del rendimiento estructural, el estudio subraya las ventajas ambientales de las vigas híbridas. Al reducir el peso de las estructuras, disminuyen los costes de transporte, instalación y consumo de materiales, lo cual se traduce en una reducción significativa de las emisiones de CO₂. Los investigadores destacan que esta estrategia de construcción está en consonancia con los objetivos de la Unión Europea de reducir la huella de carbono de la industria de la construcción y lograr la neutralidad climática para 2050. Desde el punto de vista económico, la reducción de peso y material también representa unos costes de fabricación y montaje menores, lo que incrementa la viabilidad de estas soluciones en proyectos a gran escala.

Desafíos y áreas futuras de investigación

El estudio identifica varios desafíos que deben abordarse para implementar las vigas híbridas de manera efectiva en proyectos reales. Uno de los retos más importantes es la limitada cantidad de estudios experimentales en condiciones de carga combinada (flexión y cortante) y de pandeo, que son comunes en estructuras complejas como puentes y edificios de gran altura. Los autores recomiendan llevar a cabo investigaciones adicionales para desarrollar métodos de diseño que integren estas variables y permitan un mejor rendimiento bajo cargas extremas.

Otra área prometedora es la implementación de algoritmos de optimización y técnicas de inteligencia artificial para mejorar el diseño y el análisis de estas vigas. Estos métodos pueden ayudar a identificar configuraciones de material y geometría que maximicen la eficiencia estructural y minimicen el impacto ambiental. También sugieren explorar la combinación de acero de alta resistencia con otros materiales, como el hormigón, para crear estructuras híbridas aún más optimizadas.

Implicaciones para la industria de la construcción

Este estudio contribuye significativamente al conocimiento de las vigas híbridas de acero, ya que propone un marco de referencia que puede transformar la forma en que se diseñan y construyen las infraestructuras. A medida que se intensifica la presión para construir de forma más eficiente y respetuosa con el medioambiente, las vigas híbridas se perfilan como una solución viable que permite aprovechar al máximo las propiedades de los materiales, a la vez que se reducen los costes y la huella de carbono de las construcciones. Por tanto, la investigación de Terreros-Bedoya y su equipo proporciona una base sólida para que ingenieros y constructores consideren esta tecnología en futuros proyectos, impulsando un desarrollo urbano más sostenible y económico.

Referencia:

TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. Journal of Constructional Steel Research, 207:107976. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.107976.

Dejo a continuación el artículo completo, pues está publicado en abierto.

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Prefabricados de hormigón: Procesos, tecnologías y ventajas de los métodos modernos de construcción

Figura 1. Planta de prefabricados de hormigón. https://www.prilhofer.com/aumento-de-la-eficiencia-en-la-produccion-de-prefabricados-de-hormigon

La prefabricación de hormigón ha revolucionado el sector de la construcción al ofrecer soluciones eficientes, duraderas y con un alto nivel de personalización. Al permitir la fabricación en serie de elementos estructurales y ornamentales fuera del lugar de la obra, este método optimiza tanto los tiempos de ejecución como los costes. A lo largo de este artículo, resumiremos las etapas, instalaciones y tecnologías utilizadas en la fabricación de elementos prefabricados de hormigón, así como en los aspectos de automatización y control de calidad que aseguran la precisión y la eficiencia en cada pieza.

1. ¿Qué es la prefabricación de hormigón y cuáles son sus ventajas?

La prefabricación de hormigón consiste en producir elementos en plantas especializadas, fuera de su ubicación final, lo que permite un control exhaustivo de las condiciones de fabricación y garantiza una calidad uniforme. Este enfoque implica la creación de piezas que, tras su transporte y montaje en la obra, conforman total o parcialmente la estructura de edificios, puentes, pavimentos, etc.

Las principales ventajas de la prefabricación son las siguientes:

  • Reducción de tiempos de obra: Los prefabricados se fabrican en paralelo a otros trabajos en obra, reduciendo la duración total del proyecto.
  • Alta calidad y durabilidad: El control exhaustivo en planta permite obtener acabados uniformes y una resistencia elevada, incluso en condiciones ambientales desfavorables.
  • Sostenibilidad: Al reducir los residuos de obra y aprovechar eficientemente los materiales, la prefabricación se alinea con prácticas sostenibles.
  • Versatilidad de diseño: La fabricación en planta permite producir elementos con diferentes formas, texturas y colores, lo que aumenta las posibilidades arquitectónicas.
Figura 2. Principales ventajas de la prefabricación

2. Las plantas de prefabricados de hormigón: Configuración y logística

La planta es el corazón del proceso de prefabricación. Su ubicación y configuración son decisiones clave que influyen en la eficiencia y la viabilidad económica del proyecto. Una planta típica incluye zonas de almacenamiento de materias primas, áreas de dosificación y mezclado, espacios de moldeo y compactación, y cámaras de curado, además de áreas de logística y almacenamiento final.

La ubicación de la planta depende de varios factores estratégicos:

  • Proximidad al mercado: La planta debe estar cerca de la zona de influencia para minimizar los costos de transporte.
  • Distancia a los proveedores: El acceso a materiales básicos como cemento, áridos y acero afecta la competitividad.
  • Infraestructuras y vías de transporte: La cercanía a carreteras o ferrocarriles facilita el envío de elementos a obra.
  • Condiciones climáticas: En zonas con clima extremo, la prefabricación reduce los riesgos y retrasos en obra, siendo especialmente útil en países con estaciones frías.
Figura
Figura 3. Fabricación de viguetas de hormigón pretensado. http://preforsa.es/

3. Materias primas y su almacenamiento

La calidad de los prefabricados de hormigón depende de la cuidadosa gestión de sus materias primas, que incluyen cemento, áridos, aditivos y agua.

  • Cemento: Se almacena en silos cerrados para protegerlo de la humedad y el polvo ambiental. Generalmente, se emplean varios tipos de cemento, cada uno almacenado de forma separada para evitar mezclas accidentales.
  • Áridos: Se clasifican y almacenan por granulometrías (arena, gravilla, grava) en depósitos separados y protegidos de la contaminación y el agua. Este cuidado es esencial, ya que la humedad afecta directamente a la durabilidad del hormigón.
  • Aditivos: Los aditivos pueden ser pulverulentos o líquidos y se almacenan en condiciones específicas. Los pulverulentos se guardan en recipientes impermeables, mientras que los líquidos se conservan en garrafas protegidas de heladas para mantener sus propiedades.
  • Agua: En muchas plantas, el agua proviene de redes de suministro locales, aunque también se usan sistemas de reutilización de agua de lluvia o de limpieza de moldes para reducir el consumo.

4. Procesos de fabricación: Dosificación, mezclado y vertido

La dosificación y mezcla de los componentes son fases críticas para obtener un hormigón homogéneo. Las plantas modernas utilizan amasadoras automáticas de alta precisión que ajustan las proporciones de los materiales según las especificaciones del proyecto. El agua y los aditivos se miden con cuidado, y se emplean medidores de humedad en los áridos para asegurar la consistencia y evitar errores.

  • Control de humedad: Los medidores de humedad ayudan a ajustar la cantidad de agua en la mezcla, fundamental para alcanzar la resistencia y durabilidad requeridas.
  • Amasadoras: Existen amasadoras de doble eje horizontal y planetarias, que garantizan un mezclado homogéneo en un tiempo mínimo, optimizando el uso de materiales y evitando la segregación de los componentes.

Una vez obtenida la mezcla, el hormigón se vierte en moldes que definirán las dimensiones y los acabados del prefabricado. Los moldes, que generalmente son de acero, deben soportar la presión del hormigón y garantizar un desmoldeado fácil.

  • Compactación: El hormigón se compacta mediante vibración para eliminar las bolsas de aire y lograr una densidad uniforme. En algunos casos, se utiliza hormigón autocompactante que elimina la necesidad de vibración.
  • Tipos de moldes: Los moldes metálicos son ideales para prefabricados estructurales, mientras que los moldes de plástico o materiales desechables se emplean para elementos ornamentales.

El hormigón se vierte en los moldes con dispositivos como cubilotes, cubas aéreas o incluso mangueras en sistemas automatizados. Estas herramientas distribuyen el hormigón por la planta, manteniendo un flujo constante y reduciendo los tiempos de ciclo. La correcta dosificación y el vertido garantizan que cada elemento cumpla con los estándares de calidad y consistencia requeridos.

Figura 4. Mesa basculante. https://www.seea.com.br/imagens/downloads/moldtech-catalogo-espanhol.pdf

 

5. El curado: Clave para la durabilidad del hormigón

El curado es esencial para lograr la resistencia y durabilidad del hormigón. En las plantas de prefabricación, el curado se realiza en ambientes controlados que aceleran la hidratación del cemento.

  • Cámaras de curado: Elementos como baldosas y bloques suelen ser curados en cámaras con condiciones de temperatura y humedad óptimas, lo que permite un curado uniforme y minimiza el riesgo de fisuración.
  • Moldes calefactados: En algunos casos, los moldes están equipados con sistemas de calefacción para mantener una temperatura constante durante el curado, optimizando la reacción del hormigón y reduciendo los tiempos de fabricación.

6. Control de calidad y automatización en la producción

Las plantas modernas han implementado sistemas de automatización que permiten un control exhaustivo de cada etapa de la producción. La automatización no solo aumenta la precisión y reduce los errores, sino que también facilita la trazabilidad de cada pieza prefabricada.

El sistema de carrusel es un método industrializado que permite fabricar elementos superficiales, como losas y paneles de fachada, en línea. Las bandejas de los carruseles pasan por estaciones de trabajo automatizadas, desde la limpieza y la aplicación de desencofrante hasta el vertido y el acabado del hormigón.

Un software de gestión supervisa cada paso del carrusel, optimizando los tiempos de producción y permitiendo el ajuste de cada proceso en función de las especificaciones del cliente. De esta forma, se mantiene una trazabilidad completa y se gestiona eficientemente el inventario de piezas terminadas.

El control de calidad se realiza mediante ensayos de resistencia y consistencia. En muchos casos, las plantas cuentan con laboratorios internos para realizar pruebas de resistencia a compresión y verificar que el hormigón cumple con las normativas. Los parámetros como la densidad, el contenido de aire y la resistencia a la compresión se revisan para asegurar que las piezas cumplan con los estándares de calidad requeridos.

7. Logística y almacenamiento: La última fase del proceso

Una vez fabricados, los elementos pueden transportarse directamente a la obra o almacenarse temporalmente en la planta. La logística es clave para asegurar una entrega puntual y en condiciones óptimas.

  • Almacenamiento en planta: Las plantas disponen de áreas de acopio donde los elementos se almacenan en condiciones seguras, evitando daños y manteniendo la organización.
  • Transporte a obra: Los prefabricados más grandes o pesados requieren el uso de puentes-grúa para su carga en camiones, mientras que las piezas más pequeñas pueden paletizarse y transportarse en volúmenes mayores. El almacenamiento y el transporte son esenciales para reducir los costes y cumplir los plazos de entrega.
Figura 5. Transporte de elementos prefabricados a acopio. https://imi.com.pa/planta-de-prefabricados-de-concreto/#!

Conclusión

La fabricación de prefabricados de hormigón es un proceso industrializado que combina control de calidad, automatización y logística para ofrecer soluciones constructivas de alta eficiencia. Este método permite construir con precisión y rapidez, optimizando los recursos y permitiendo una personalización considerable en los proyectos. Con el avance de las tecnologías de automatización y la mejora en el control de calidad, la prefabricación de hormigón seguirá siendo una pieza fundamental en la construcción moderna, ya que permite realizar obras de forma más rápida, sostenible y con mejores acabados arquitectónicos.

Os dejo algunos vídeos de estas plantas de prefabricados.

Dejo a continuación un folleto sobre moldes para elementos prefabricados de hormigón.

Descargar (PDF, 21.9MB)

Referencias:

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

CORMON, P. (1979). Fabricación del hormigón. Editores Técnicos Asociados, Barcelona, 232 pp.

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

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

MORILLA, I. (1992). Plantas de fabricación de hormigón y grava-cemento. Monografías de maquinaria. Asociación Española de la Carretera, Madrid.

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

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Modelo para la construcción sostenible: reducción de emisiones y eficiencia estructural hacia 2100

Un artículo reciente en Sustainable Cities and Society revista del primer decil del JCR, explora un innovador modelo de evaluación de la sostenibilidad en la industria de la construcción, con aplicaciones de gran impacto a nivel global.

Esta investigación, llevada a cabo por un equipo de expertos de la Universidad de Ciencia e Ingeniería de Hunan (China) y de la Universitat Politècnica de València (España), introduce el «modelo de acoplamiento multidisciplinar», una metodología que integra conocimientos avanzados de matemáticas, ingeniería, ciencias ambientales y sociología económica para analizar, de manera más precisa, los efectos de la construcción sobre la sostenibilidad a largo plazo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Objetivos y contexto de la investigación

El trabajo parte de un desafío global urgente: reducir las emisiones de carbono en la industria de la construcción, que representa un porcentaje significativo del consumo energético y de las emisiones contaminantes a nivel mundial. Según estimaciones previas, esta industria generará más del 50 % de las emisiones de carbono para 2050 si no se implementan políticas de mitigación eficaces. En este contexto, el equipo de investigación plantea un enfoque innovador para analizar el ciclo de vida completo de las construcciones, desde la selección de materiales y el diseño, hasta la construcción, el mantenimiento y el desmantelamiento, conocido como evaluación del ciclo de vida (LCA, por sus siglas en inglés).

Además, para obtener una visión integrada que abarque el impacto ambiental, social y económico de cada proyecto, se emplea la evaluación social del ciclo de vida (SIA), que permite analizar los efectos en la sociedad y en la economía. El objetivo principal de la investigación es ofrecer un marco más robusto que ayude a los gobiernos y a las empresas del sector a tomar decisiones informadas que favorezcan el desarrollo urbano sostenible.

Metodología y desarrollo del modelo

Para desarrollar este modelo, los investigadores implementaron una técnica de «acoplamiento multidisciplinar» novedosa que incorpora algoritmos avanzados y teorías de optimización de estructuras en tres dimensiones. Este enfoque se basa en el uso de algoritmos de interpolación y ajuste de datos, capaces de proyectar los impactos de la construcción de manera más precisa. Además, el modelo emplea herramientas de software de análisis ambiental, como OpenLCA, que permite integrar datos económicos y medioambientales para evaluar la sostenibilidad.

El equipo realizó pruebas del modelo en cuatro regiones económicas clave de China: las provincias de Hubei, Jiangsu, Henan y Guangdong, seleccionando puentes de gran escala en cada una como ejemplos de estudio. A través de análisis finitos y optimización de topología de estas estructuras, lograron proyectar cómo variará el impacto ambiental y social a lo largo de los próximos cien años.

Resultados más destacados y proyecciones futuras

Los resultados obtenidos indican que la industria de la construcción en China alcanzará su máximo de emisiones en el año 2030, con un estimado de 2,73 giga toneladas (GT) de CO₂. Tras este pico, se proyecta una significativa reducción de las emisiones, con niveles de -2,78 GT anuales entre 2061 y 2098, debido a la implementación de técnicas de construcción más eficientes y al uso de materiales más sostenibles. A nivel social, la evaluación SIA prevé un pico de impacto en 2048, con 4,26 GT de CO₂ equivalente en afectaciones sociales, seguido también de una reducción en las décadas posteriores.

Para obtener estas cifras, el estudio utilizó un algoritmo de optimización de la estructura en las distintas fases del ciclo de vida, con el que identificó puntos de mejora y áreas críticas de impacto. Así, el modelo no solo ofrece una herramienta para la proyección de emisiones, sino que también permite evaluar el desempeño de cada estructura en términos de durabilidad, coste y adaptabilidad a cambios estructurales, lo cual podría ser crucial en regiones urbanas que experimentan un crecimiento acelerado.

Conclusiones y aplicación global

Este trabajo es una contribución pionera en la investigación sobre sostenibilidad en construcción, ya que ofrece un marco metodológico con potencial para ser replicado en otros países y sectores de la construcción. Su aplicación no solo está dirigida a la reducción de emisiones, sino también a la mejora de la resiliencia estructural y a la reducción de costes a largo plazo mediante un diseño optimizado. Los investigadores destacan que este modelo podría adaptarse a otros países que, como China, se enfrentan a grandes desafíos en la gestión de la sostenibilidad urbana y que buscan avanzar hacia economías bajas en carbono.

En conclusión, el modelo de acoplamiento multidisciplinar de esta investigación establece un estándar robusto para el análisis de sostenibilidad en construcciones complejas. Con este enfoque, gobiernos y empresas de construcción podrían optimizar sus prácticas para reducir los impactos negativos, no solo ambientales, sino también sociales y económicos, en sintonía con las metas de desarrollo sostenible. Este estudio ofrece, además, una guía para que la industria de la construcción pueda abordar sus desafíos actuales y proyectar una trayectoria sostenible para las próximas décadas.

Referencia:

ZHOU, Z.; ZHOU, J.; ZHANG, B.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). The centennial sustainable assessment of regional construction industry under the multidisciplinary coupling model. Sustainable Cities and Society, 101:105201. DOI:10.1016/j.scs.2024.105201

Materiales para pavimentos de hormigón

Figura 1. Construcción de pavimento de hormigón. https://obrasurbanas.es/como-controlar-el-alabeo-en-losas-de-pavimentos-de-hormigon/

En este artículo se ofrece una visión detallada de los materiales que se emplean en los pavimentos de hormigón, así como los requisitos técnicos que estos deben cumplir para asegurar una construcción de calidad en carreteras, autopistas y aeropuertos, vías peatonales, carriles ciclistas, zonas de almacenamiento y, en general, todos los firmes sometidos al tráfico. Se centra en los pavimentos de hormigón ejecutados in situ, dejando aparte los ejecutados con hormigón compactado con rodillo. Basado en la norma UNE-EN 13877-1:2013, se ha estructurado el contenido en tres grandes apartados: especificaciones de los materiales del hormigón, requisitos básicos del hormigón y requisitos básicos para otros materiales en pavimentos de hormigón. Este texto se ha redactado de forma accesible para facilitar el aprendizaje de los estudiantes de ingeniería civil, quienes podrán aplicarlo en proyectos de diseño y construcción de infraestructuras.

1. Especificaciones para los materiales del hormigón

Para garantizar la resistencia y durabilidad del hormigón en pavimentos, los materiales que lo componen deben cumplir los requisitos de calidad que aseguran un rendimiento adecuado frente a las exigencias de tráfico y condiciones ambientales. A continuación, se describen los componentes principales y sus especificaciones según la UNE-EN 13877-1:2013.

  • Cemento:
    • La elección del tipo de cemento es fundamental, ya que este actúa como el aglutinante que da cohesión al resto de materiales en la mezcla. De acuerdo con la norma EN 206-1, el cemento utilizado debe ser adecuado para la clase de resistencia requerida. La especificación concreta del tipo de cemento puede variar según las normativas nacionales o regionales del lugar de aplicación.
    • El cemento debe poseer propiedades que permitan una resistencia adecuada al tráfico y a la exposición ambiental del pavimento, evitando problemas como la desintegración o la pérdida de capacidad estructural con el paso del tiempo.
  • Áridos:
    • Los áridos, tanto gruesos como finos, son la base sólida del hormigón y deben cumplir con la norma EN 12620 para asegurar su idoneidad en términos de tamaño, forma y dureza. La selección y el tipo de áridos influyen directamente en la resistencia, la durabilidad y la trabajabilidad de la mezcla.
    • Es importante que el tamaño máximo de los áridos no sea mayor de un tercio (1/3) del espesor de la capa de hormigón, ya que así se evita que el agregado interfiera en la uniformidad del pavimento. En pavimentos armados con juntas o armados continuos, el tamaño del árido no debe superar un tercio de la distancia entre las armaduras longitudinales, previniendo obstrucciones y asegurando una correcta distribución de la mezcla.
  • Agua de amasado:
    • La calidad del agua de amasado es crucial, ya que interviene en las reacciones químicas de hidratación del cemento y en la cohesión de la mezcla. La norma UNE-EN 1008 establece los parámetros que debe cumplir el agua, incluyendo aspectos como la presencia de cloruros o sulfatos, que pueden afectar a la durabilidad.
    • Además de evitar posibles contaminantes, el agua debe mezclarse en proporciones controladas para asegurar que el hormigón adquiera la resistencia y consistencia deseadas. Es importante mantener una relación agua/cemento equilibrada, ya que una cantidad excesiva de agua puede generar porosidad y debilitar el material.
  • Otros materiales:
    • En algunos proyectos, pueden añadirse otros materiales, como adiciones y aditivos, para mejorar ciertas propiedades del hormigón. Estos deben cumplir con la norma EN 206-1, que establece los requisitos de conformidad para dichos materiales.
    • Los aditivos pueden ser superfluidificantes, retardadores o aceleradores de fraguado, entre otros, y ayudan a optimizar el manejo, la durabilidad y la resistencia de la mezcla en condiciones específicas de uso. Las adiciones, como las cenizas volantes o el humo de sílice, pueden mejorar la densidad del hormigón y su resistencia a agentes externos como el cloruro y la humedad.

2. Requisitos básicos del hormigón

Las propiedades del hormigón fresco y endurecido son fundamentales para asegurar la calidad y el rendimiento del pavimento. A continuación, se detallan los requisitos básicos que debe cumplir el hormigón, según la norma.

  • Hormigón fresco:
    • Consistencia: La consistencia determina la fluidez de la mezcla y su capacidad de ser manipulada durante el proceso de colocación. Para garantizar que el hormigón sea adecuado para el equipo de colocación, la norma permite especificar una clase de consistencia o un valor objetivo. La consistencia es importante no solo para la colocación, sino también para evitar problemas de compactación y reducir la formación de poros.
    • Densidad: La densidad del hormigón fresco debe determinarse mediante el cálculo de la masa de todos los componentes en un volumen específico. La densidad se especifica con una tolerancia del 1,5 % sobre el valor deseado, lo que permite adaptarse a ligeras variaciones de la mezcla. Esta propiedad influye en la resistencia y la durabilidad de la estructura final.
    • Contenido de aire: El volumen de aire atrapado en el hormigón es importante para prevenir problemas derivados de las congelaciones y descongelaciones. El contenido de aire debe medirse en el lugar de la obra según la norma EN 12350-7, y puede establecerse un porcentaje mínimo de aire en función de la normativa de cada país.
    • Contenido de cemento y partículas finas: La cantidad de cemento debe ser suficiente para dar resistencia al hormigón, mientras que el contenido de partículas de menos de 0,25 mm debe controlarse para evitar una textura excesivamente fina. Esto garantiza un equilibrio adecuado entre manejabilidad y resistencia final.
    • Contenido de cloruros: Si el hormigón incorpora elementos de acero sin protección, como barras de unión o pasadores, el contenido de cloruros no debe superar el 0,40 % de la masa del cemento. Esto previene la corrosión de los elementos metálicos y prolonga la vida útil de la estructura.
  • Hormigón endurecido:
    • Resistencia a ciclos de hielo y deshielo: En áreas donde el hormigón está expuesto a variaciones térmicas importantes, es necesario que el material resista los ciclos de congelación y descongelación sin sufrir deterioro. La norma especifica la resistencia que debe cumplir el hormigón en estas condiciones, de acuerdo con la EN 206-1.
    • Resistencia mecánica: La resistencia a la compresión, la tracción indirecta y la flexotracción del hormigón endurecido se miden a los 28 días. Estos parámetros se evalúan mediante ensayos específicos, como los ensayos de compresión (EN 12390-3), tracción indirecta (EN 12390-6) y flexotracción (EN 12390-5), que permiten clasificar el hormigón en distintas clases de resistencia y asegurar su adecuación para el tráfico y el uso proyectado.
Figura 2. Pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.

3. Requisitos básicos para otros materiales en pavimentos de hormigón

Además del hormigón, existen otros materiales que cumplen funciones específicas en los pavimentos y deben cumplir normativas particulares para garantizar su rendimiento.

  • Materiales de curado:
    • Los productos de curado son esenciales para evitar la pérdida de humedad en el hormigón fresco, lo que previene la formación de fisuras y asegura una ganancia de resistencia adecuada. Estos productos deben cumplir con la especificación técnica CEN/TS 14754-1, que evalúa su eficacia en la retención de agua.
    • Además, es recomendable que estos materiales de curado protejan el hormigón de variaciones bruscas de temperatura, especialmente en climas extremos, para evitar tensiones internas que puedan causar fisuras prematuras.
  • Retardadores de superficie:
    • En acabados de pavimentos con textura de árido expuesto, se utilizan retardadores de superficie que permiten revelar el árido grueso al retirar el mortero superficial. Estos retardadores deben estar diseñados específicamente para esta función y deben protegerse contra la evaporación hasta completar el proceso de fraguado.
  • Productos de sellado de juntas:
    • Las juntas en el pavimento son esenciales para permitir la expansión y contracción del hormigón, y los selladores de juntas deben prevenir la infiltración de agua. Los materiales de sellado deben cumplir con la norma EN 14188-1, EN 14188-2 o EN 14188-3, en función de si el sellado es en caliente, en frío o preformado. Esto evita la entrada de agua que puede congelarse y causar daños a largo plazo.
  • Barras de unión y pasadores:
    • Estos elementos de acero aseguran la transmisión de carga en las juntas y ayudan a prevenir el deslizamiento entre las losas adyacentes. Deben cumplir con la norma EN 10080, y especificar un nivel de resistencia B250 para barras lisas y B500 para barras corrugadas. Las dimensiones de estas barras deben seleccionarse en función de las tablas de la norma, teniendo en cuenta factores como el espesor del pavimento.
  • Armaduras:
    • La armadura de acero, que controla las fisuras y proporciona resistencia a las tensiones de tracción, debe cumplir con la norma EN 10080. En pavimentos armados continuos, la continuidad de la armadura puede lograrse mediante soldaduras, solapes o conectores, lo que garantiza una estructura sólida y sin fisuras que resista el paso constante de vehículos.

Este artículo aborda los detalles técnicos necesarios para comprender y aplicar las especificaciones de materiales en pavimentos de hormigón. Su selección y cumplimiento son esenciales para construir estructuras duraderas, seguras y adecuadas para las demandas de tráfico actuales y futuras.

Referencias:

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

CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).

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

IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.

KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid.

KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Universidad Politécnica de Madrid, Madrid.

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

RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.

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

YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Aplicación del modelo del queso suizo en la gestión de desastres

Introducción al modelo del queso suizo en la gestión de desastres

Imagen del desastre provocado por la DANA. Imagen: V.J. Yepes

El modelo del queso suizo, desarrollado por James T. Reason, es un marco ampliamente adoptado en sectores como la aviación, la ingeniería y la sanidad para analizar la causalidad de accidentes. Este modelo representa los sistemas complejos mediante varias capas de defensa o barreras, cada una de ellas simbolizada como una rebanada de queso suizo. Cada rebanada contiene agujeros que representan deficiencias o errores en cada nivel de defensa. Estos agujeros no son estáticos, sino que sus posiciones y tamaños varían constantemente. Cuando los agujeros de varias capas se alinean, crean una «trayectoria de oportunidad de accidente», lo que permite que un peligro atraviese todas las barreras y se materialice en un accidente o desastre.

Aplicado a un escenario de inundación catastrófica provocada por una DANA (depresión aislada en niveles altos), este modelo ayuda a comprender cómo una serie de debilidades preexistentes en infraestructuras, sistemas de alerta, políticas y organización de la respuesta pueden alinearse para agravar los efectos de las lluvias intensas. Las capas de defensa que deberían reducir el impacto de un evento extremo no funcionan como es debido cuando todas las vulnerabilidades se presentan simultáneamente y sin obstáculos. Este informe explica cómo los fallos en distintos niveles pueden contribuir al desencadenamiento de una inundación devastadora. Este análisis tiene carácter general, y no significa que alguno de los fallos descritos sea uno de los que provocó el desastre del 29 de noviembre de 2024 en muchos municipios de la provincia de Valencia.

Dominios de fallo en escenarios de inundación

El modelo de Reason identifica cuatro dominios principales de fallo que pueden adaptarse a la gestión de inundaciones para comprender cómo se generan las condiciones de vulnerabilidad. A continuación, se detallan cada uno de estos dominios en el contexto de una inundación:

  1. Influencias organizativas:

    • Las decisiones organizativas y políticas, como la distribución de presupuestos o la priorización de proyectos, influyen en la ejecución y el mantenimiento de inversiones para las defensas contra inundaciones. Por ejemplo, en un contexto de austeridad, las instituciones pueden reducir la inversión en infraestructuras de protección, como diques, sistemas de drenaje o presas. Esta falta de inversión se convierte en un punto débil del sistema.
    • Estas decisiones también afectan a la capacitación del personal de emergencia y a la actualización de las tecnologías de alerta temprana, que son factores esenciales para mitigar el impacto de una inundación. Del mismo modo que en sanidad la falta de formación o recursos afecta a la seguridad del paciente, en un contexto de inundaciones, la escasez de inversiones y recursos reduce la resiliencia de las infraestructuras y la eficacia de la respuesta.
  2. Fallos de supervisión y control:
    • La supervisión y el cumplimiento de las normativas son esenciales para la gestión de riesgos y las deficiencias en este ámbito representan un factor crítico de vulnerabilidad. En muchas áreas propensas a inundaciones, la falta de control sobre el desarrollo urbano, la construcción en zonas inundables o el mantenimiento de infraestructuras de contención puede crear situaciones de riesgo significativo.
    • Además, la falta de actualización y revisión de los planes de emergencia y evacuación puede provocar que estos protocolos sean ineficaces ante eventos extremos. Como en sanidad, donde una supervisión inadecuada puede provocar errores graves, la falta de control normativo y planificación en el contexto de riesgos de inundación incrementa la probabilidad de que los daños sean graves en un evento extraordinario.
  3. Condiciones ambientales y de infraestructura previas:
    • Las condiciones de infraestructura y medioambientales previas a un evento extremo suponen otro ámbito de riesgo. Factores como sistemas de drenaje obsoletos, deterioro en las defensas fluviales, estructuras en mal estado o infraestructuras críticas con capacidad de drenaje insuficiente agravan el impacto de las lluvias intensas.
    • Estas condiciones, que pueden pasar desapercibidas o considerarse menores durante periodos sin incidentes, se denominan «condiciones latentes». Permiten que un evento extremo, como una DANA, exponga sus debilidades y desborde sus capacidades, similar a los riesgos latentes en los sistemas sanitarios que solo se evidencian en situaciones críticas.
  4. Acciones inseguras o errores en la respuesta de emergencia:
    • Las decisiones y acciones que se toman en el momento de la emergencia suponen un fallo activo. Estos errores incluyen retrasos en la emisión de órdenes de evacuación, mala comunicación con el público, asignación incorrecta de recursos de rescate o falta de personal cualificado. En el caso de una inundación, estos fallos pueden tener consecuencias graves, ya que una respuesta inadecuada puede incrementar las pérdidas humanas y materiales.
    • Por ello, es fundamental coordinar y clarificar la respuesta de emergencia, ya que una gestión desorganizada de la situación puede resultar en caos, confusión y, en consecuencia, agravar el impacto del desastre. Al igual que en el contexto sanitario, donde los errores activos pueden tener un impacto directo, en un desastre natural estos fallos inmediatos repercuten significativamente en el desenlace y la gravedad del evento.

Los agujeros en el modelo del queso suizo: vulnerabilidades en la gestión de inundaciones

Cada una de las capas de defensa del modelo tiene agujeros o fallas por donde puede pasar el riesgo a través de los diferentes niveles de protección. En caso de inundación, los agujeros en estas barreras pueden incluir:

  • Deficiencias en los sistemas de alerta temprana:
    • Un sistema de alerta temprana deficiente o con baja cobertura es una vulnerabilidad crítica. Si el sistema no es lo suficientemente preciso, no llega a todas las zonas afectadas o se activa demasiado tarde, las comunidades y las autoridades no disponen del tiempo necesario para reaccionar. Esta debilidad equivale a un gran agujero en una capa de defensa que permite que el peligro avance sin obstáculos.
  • Infraestructura insuficiente o deteriorada:
    • La infraestructura, como encauzamientos, embalses y sistemas de drenaje, constituye una barrera física fundamental. Cuando estas estructuras no existen, no se mantienen o actualizan, se vuelven vulnerables a eventos climáticos extremos y su colapso puede agravar el efecto de una inundación. Estos problemas son especialmente peligrosos en un evento de DANA, cuando el volumen de agua excede la capacidad de estas defensas obsoletas o mal mantenidas.
  • Falta de concienciación y preparación en la comunidad:
    • La falta de preparación de la población ante un desastre también supone un punto débil en las barreras de defensa. Sin una educación adecuada sobre los riesgos de inundación y las medidas de autoprotección, los residentes pueden reaccionar con pánico o no tomar las decisiones oportunas, lo que aumenta su vulnerabilidad. Esta falta de concienciación es una debilidad difícil de solucionar a corto plazo y requiere esfuerzos continuados de formación.
  • Fallos en la coordinación y comunicación de emergencia:
    • La comunicación efectiva entre las autoridades, los equipos de rescate y la población es crucial en situaciones de desastre. Cuando esta comunicación falla, ya sea por falta de canales adecuados o por mensajes contradictorios, aumenta el riesgo de cometer errores y sufrir pérdidas. Esta barrera defectuosa hace que la confusión y la desorganización predominen en una situación de emergencia, lo que aumenta el impacto del evento.

Cuando ocurre una DANA, el rápido e inesperado incremento del volumen de precipitaciones incrementa la probabilidad de que todos estos agujeros se alineen. Si el sistema de alerta falla, las infraestructuras colapsan y la respuesta de emergencia no está coordinada, el resultado acumulativo es un evento de inundación con consecuencias devastadoras.

De Ian M MacKay – https://figshare.com/articles/figure/The_Swiss_Cheese_Respiratory_Virus_Defence/13082618, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=97096004

Fallos activos y condiciones latentes

Una de las claves del modelo del queso suizo es la diferenciación entre fallos activos y condiciones latentes. Ambos tipos de fallo contribuyen al desenlace del desastre, aunque de manera diferente:

  • Fallos activos:
    • Los fallos activos son errores o decisiones inadecuadas que se toman en el momento de la emergencia, como retrasos en la evacuación, fallos en la comunicación o una mala asignación de recursos. En el caso de una inundación, estos fallos tienen un impacto directo, ya que aumentan la exposición de la población al riesgo y la probabilidad de que se produzcan daños.
  • Condiciones latentes:
    • Las condiciones latentes son fallos preexistentes que permanecen en el sistema sin producir daños visibles hasta que un evento extremo los pone de manifiesto. En el contexto de las inundaciones, algunos ejemplos de condiciones latentes son los problemas de infraestructura que no se han abordado, las normativas de construcción que no se cumplen y los planes de emergencia obsoletos. Estas condiciones acumuladas contribuyen al desastre, aunque no se evidencian hasta que una situación crítica como una DANA las revela.

Aplicaciones prácticas del modelo del queso suizo en la prevención y mitigación de inundaciones

El modelo del queso suizo sugiere que la acumulación de barreras robustas y bien diseñadas reduce la probabilidad de que todas las debilidades se alineen. En el contexto de una inundación, estas son algunas de las medidas que refuerzan cada capa de defensa:

  1. Mejorar la política y los recursos organizativos:
    • Aumentar el presupuesto destinado a la resiliencia de las infraestructuras situadas en zonas inundables, prestando especial atención a la actualización y el refuerzo de barreras y sistemas de drenaje.
    • Desarrollar y actualizar políticas de gestión de riesgos de inundación que incluyan las lecciones aprendidas de eventos previos y prioricen las áreas con antecedentes de vulnerabilidad.
  2. Fortalecer la supervisión y el cumplimiento normativo:
    • Implantar regulaciones estrictas para la construcción en zonas inundables y para el mantenimiento periódico de infraestructuras críticas.
    • Promover la transparencia y la responsabilidad en la supervisión de las infraestructuras públicas, incluyendo auditorías periódicas sobre la preparación para desastres..
  3. Fomentar la preparación de la comunidad y la educación en riesgos:
    • Realizar campañas de concienciación pública en zonas de alto riesgo para promover el conocimiento sobre los riesgos de inundación, las rutas de evacuación y las medidas preventivas.
    • Proporcionar formación y recursos a las autoridades locales y a los líderes comunitarios para fortalecer la respuesta ante desastres naturales y garantizar una reacción coordinada en eventos de DANA.
  4. Optimizar la respuesta de emergencia y los protocolos de actuación:
    • Desarrollar protocolos de respuesta con roles definidos para todas las entidades implicadas en la gestión de emergencias y garantizar una evacuación y distribución de ayuda efectiva.
    • Invertir y mejorar constantemente en tecnologías de la información y la comunicación, como mapas en tiempo real y sistemas de alerta a través de dispositivos móviles, para mejorar la coordinación y la capacidad de respuesta de las autoridades.

Conclusión

El modelo del queso suizo es un marco eficaz para comprender cómo los eventos catastróficos de inundación, como los causados por una DANA extraordinaria, resultan de la acumulación de vulnerabilidades latentes y fallos activos. La combinación de políticas, infraestructura, formación y respuesta son capas de defensa que, si presentan fallos simultáneos, facilitan el avance de una amenaza climática. La clave para reducir el impacto de estos eventos radica en mejorar cada una de estas capas, minimizando la posibilidad de que se alineen debilidades y fortaleciendo la resiliencia de las comunidades. Una gestión proactiva del riesgo, basada en la prevención, la adaptación y el aprendizaje continuo, es esencial para evitar que se repitan tragedias como las de las inundaciones futuras.

Os dejo algunos vídeos sobre este modelo del queso suizo. Pero podéis encontrar muchísima más información por internet.

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Gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas: estrategias y medidas de resiliencia

Las inundaciones suponen una amenaza significativa para las infraestructuras críticas (IC), como el suministro de electricidad, las telecomunicaciones, el agua potable, el tratamiento de aguas residuales y el gas. La gestión del riesgo de inundación en las infraestructuras críticas cobra mayor importancia en un contexto de cambio climático, en el que los eventos extremos son más frecuentes e intensos. Este informe aborda la gestión del riesgo de inundación en las infraestructuras críticas y expone medidas específicas para incrementar su resiliencia, la aplicación de modelos para evaluar el impacto de estos eventos y la implementación de estrategias para mejorar la capacidad de recuperación.

Infraestructuras críticas y el riesgo de inundación: marco de referencia

Las infraestructuras críticas son sistemas esenciales para el funcionamiento de una sociedad, que incluyen sectores clave como la energía, las telecomunicaciones, el agua y los servicios de saneamiento. Estos sectores son interdependientes y se organizan en redes complejas, por lo que una interrupción en uno de ellos puede desencadenar efectos en cascada que afecten a múltiples sistemas, comprometiendo la seguridad y el bienestar de la población. La gestión del riesgo de inundación (GRI) en estas infraestructuras es fundamental, pues permite reducir la vulnerabilidad y mejorar la capacidad de recuperación ante eventos adversos.

Papel de las infraestructuras hidráulicas en la gestión del riesgo de inundación

Las infraestructuras hidráulicas, como las presas, los tanques de tormenta, las canalizaciones y los corredores verdes, desempeñan un papel crucial en la gestión de inundaciones y en la protección de las infraestructuras críticas (IC). Estas infraestructuras ayudan a gestionar el flujo de agua y evitan que las lluvias torrenciales y las crecidas de los ríos afecten directamente a las IC y a las áreas urbanas densamente pobladas.

  1. Presas y embalses: Estas estructuras permiten almacenar grandes volúmenes de agua y controlar el caudal de los ríos, además de regular el flujo hacia áreas vulnerables. Durante una tormenta, las presas pueden retener el exceso de agua y liberarla de forma gradual una vez que los niveles han disminuido, lo que reduce el riesgo de desbordamientos y minimiza el impacto aguas abajo.
  2. Tanques de tormenta: Son estructuras de almacenamiento subterráneo que recogen el agua de lluvia durante eventos intensos. Actúan como amortiguadores temporales, evitando que el sistema de alcantarillado se sature y se reduzca el riesgo de inundaciones en las áreas urbanas. Posteriormente, el agua acumulada puede liberarse de manera controlada hacia los sistemas de tratamiento o directamente a los cuerpos de agua cuando el caudal ha disminuido.
  3. Canalizaciones y sistemas de drenaje: Canalizar los ríos y desarrollar sistemas de drenaje bien planificados es esencial para redirigir el agua de inundación de manera segura, reduciendo la velocidad del flujo y mitigando el riesgo de erosión y daños estructurales en las áreas urbanas..
  4. Corredores verdes y zonas de retención natural: Estos espacios, a menudo ubicados en áreas urbanas o suburbanas, están diseñados para absorber y retener el exceso de agua de lluvia, y funcionan como «esponjas» naturales que reducen el caudal de agua que llega a los sistemas de alcantarillado. Además, estas zonas verdes actúan como amortiguadores, reteniendo el agua y liberándola lentamente, lo cual es particularmente útil para proteger infraestructuras sensibles a las inundaciones.
  5. Áreas de infiltración y pavimentos permeables: En las ciudades, los pavimentos permeables y las áreas de infiltración permiten que el agua de lluvia penetre en el suelo, recargando los acuíferos y reduciendo la escorrentía superficial. Esto alivia la presión sobre los sistemas de drenaje y evita que el agua llegue rápidamente a las áreas de IC, lo que disminuye el riesgo de inundación.

Ciclo de gestión de riesgos de desastres (GRD) en infraestructuras críticas

El proceso de GRI en IC suele estructurarse en cinco fases, que permiten implementar medidas específicas en cada etapa:

  1. Preparación: Incluye todas las acciones de planificación y recursos necesarios para reducir el impacto de las inundaciones, incluyendo la incorporación de infraestructuras hidráulicas y la capacitación del personal.
  2. Prevención y mitigación: Consiste en la implementación de infraestructuras hidráulicas, medidas de control y sistemas de drenaje para minimizar la vulnerabilidad de las IC frente a las inundaciones.
  3. Impacto: Se refiere a la capacidad de las infraestructuras para soportar los efectos de una inundación y a cómo estas protegen a las IC regulando el flujo de agua.
  4. Respuesta: Acciones de emergencia implementadas para reducir los daños y restaurar los servicios críticos.
  5. Recuperación y rehabilitación: Estrategias para devolver a las IC su estado funcional o mejorado, integrando lecciones aprendidas y mejorando la infraestructura para incrementar su resistencia a futuros eventos.

Impacto de las inundaciones en las infraestructuras críticas y la función de las infraestructuras hidráulicas

Las infraestructuras críticas, al depender de una red de servicios interconectados, son especialmente vulnerables a las inundaciones. Las infraestructuras hidráulicas desempeñan un papel esencial en la mitigación de estos efectos, ya que protegen los sistemas de IC de daños directos o indirectos:

  • Electricidad: El contacto con el agua puede provocar cortocircuitos, daños en estaciones de transformación y la interrupción del suministro a gran escala. Esto no solo afecta al servicio eléctrico, sino que también genera riesgos para la salud debido a la posibilidad de descargas eléctricas en áreas inundadas.
  • Telecomunicaciones: La infraestructura de telecomunicaciones incluye componentes activos (como nodos de red y antenas) que dependen de la electricidad y, por tanto, son altamente vulnerables a las interrupciones de suministro eléctrico. La interrupción de las comunicaciones complica la coordinación de emergencias y la respuesta rápida.
  • Suministro de agua: Las inundaciones pueden introducir contaminantes en el sistema de suministro de agua, especialmente en instalaciones de captación de agua cercanas a ríos u otras fuentes de agua superficial. Además, los sistemas de bombeo pueden verse interrumpidos, lo que afecta a la presión y la calidad del agua suministrada.
  • Tratamiento de aguas residuales: Este sector es especialmente vulnerable, ya que las inundaciones pueden dañar las plantas de tratamiento y provocar que las aguas residuales no tratadas se liberen al medio ambiente, con consecuencias ambientales y para la salud pública.
  • Gas: Aunque los sistemas de tuberías de gas suelen estar más protegidos, las estaciones de regulación y control pueden verse afectadas por las inundaciones, lo que interrumpiría el servicio y supondría posibles riesgos de seguridad.

Estrategias y medidas de resiliencia en la gestión del riesgo de inundación

Una estrategia integral de resiliencia frente a las inundaciones para infraestructuras críticas abarca una combinación de medidas estructurales y no estructurales. Estas medidas se estructuran de acuerdo con el ciclo de gestión del riesgo de desastre, como se detalla a continuación:

1. Preparación

La fase de preparación incluye la planificación y el equipamiento para mejorar la respuesta ante una emergencia. Algunas medidas clave son:

  • Planes de contingencia: Crear planes detallados para responder a situaciones de emergencia, incluyendo la designación de roles y responsabilidades para cada tipo de infraestructura.
  • Almacenamiento de equipos de emergencia: Disponer de generadores, bombas y otras unidades de repuesto listas para usar en caso de interrupciones.
  • Entrenamiento y simulacros: Capacitar al personal para que lleve a cabo los planes de emergencia y realizar simulacros periódicos de inundación.
  • Monitoreo y colaboración meteorológica: Establecer una estrecha colaboración con los servicios meteorológicos para monitorizar el riesgo de inundaciones en tiempo real, utilizando sistemas avanzados de alerta.

2. Prevención y mitigación

Las medidas de prevención y mitigación incluyen la infraestructura necesaria para controlar el flujo de agua y proteger las IC:

  • Construcción de infraestructuras resilientes: Elevar o construir instalaciones en áreas con menor riesgo de inundación, y utilizar materiales resistentes al agua en instalaciones críticas.
  • Barreras físicas: Instalar barreras móviles o permanentes alrededor de infraestructuras clave para protegerlas de las aguas de inundación.
  • Redundancia de sistemas: Desarrollar redundancias en la red para que, si un componente falla, otros puedan compensar la pérdida de servicio.
  • Planificación territorial y zonificación: Garantizar que las infraestructuras críticas se sitúen fuera de las zonas de alto riesgo de inundación, siempre que sea posible.

3. Impacto

La fase de impacto contempla la reducción de los efectos de una inundación mediante infraestructuras hidráulicas que controlen y disminuyan el caudal en zonas urbanas.

  • Gestión de flujos con presas y embalses: Control de la liberación de agua en embalses, asegurando que no se libere de manera repentina y que el flujo se distribuya para minimizar el impacto en las áreas críticas.
  • Desviación del flujo en canalizaciones: Redirigir el agua de inundación mediante canalizaciones y drenajes que la alejen de áreas vulnerables, como plantas de tratamiento y subestaciones eléctricas.
  • Evaluación de vulnerabilidad: Identificar los puntos más débiles en las infraestructuras para priorizar las medidas de protección y mitigación.
  • Medición y control de los niveles de agua: Implementar sensores para controlarlos en tiempo real, lo que permite respuestas más informadas y rápidas.

4. Respuesta

La respuesta es clave para minimizar el tiempo de interrupción de los servicios críticos y reducir los posibles daños adicionales. Las medidas que se deben tomar en esta etapa son:

  • Despliegue de unidades de reemplazo: Utilizar generadores móviles, bombas y sistemas de comunicación alternativos para restaurar  temporalmente los servicios mientras se repara la infraestructura dañada.
  • Prioridades en la restauración: Establecer listas de prioridades para el despliegue de recursos en las áreas de mayor impacto y donde se vean afectadas poblaciones vulnerables.
  • Comunicación pública: Informar a la comunidad sobre las interrupciones y los tiempos estimados de restauración, ofreciendo recomendaciones de seguridad.

5. Recuperación y rehabilitación

La fase de recuperación y rehabilitación se centra en restaurar los servicios de infraestructura de manera eficaz y reforzar su resiliencia futura. Las medidas en esta etapa incluyen:

  • Reparación y sustitución de componentes dañados: Restablecer los servicios lo antes posible mediante la reparación de las instalaciones dañadas y la sustitución de componentes.
  • Evaluación posterior al evento: Realizar un análisis detallado del impacto de la inundación y de la eficacia de las medidas implementadas, documentando lecciones aprendidas para mejorar los planes futuros.
  • Mejoras en la infraestructura: Donde sea posible, aplicar el principio de «reconstruir mejor», introduciendo mejoras en la infraestructura para aumentar su resistencia frente a futuros eventos.
  • Revisión y mantenimiento de las infraestructuras hidráulicas: Evaluar el estado de las presas, los tanques de tormenta y los sistemas de drenaje, y realizar mejoras en función de los eventos recientes.
  • Evaluación de la eficacia de las medidas implementadas: Análisis del impacto de las infraestructuras hidráulicas en la contención del flujo y ajuste del sistema de almacenamiento y drenaje según los datos recopilados.

Modelado del riesgo y evaluación de medidas hidráulicas

Para optimizar la planificación de la resiliencia, el modelado de redes de infraestructura crítica permite evaluar el impacto potencial de las inundaciones y probar diferentes medidas de mitigación. Este tipo de modelado incluye:

  • Análisis de impacto en redes: Representación de las interdependencias entre sectores críticos mediante modelos de red que simulan cómo los fallos en un sector pueden afectar a otros.
  • Evaluación de vulnerabilidades: Determinar los componentes más sensibles a las inundaciones dentro de cada red, como estaciones de bombeo o transformadores eléctricos, para priorizar su protección.
  • Simulación de medidas de resiliencia: Implementar simulaciones que muestran cómo diferentes medidas (como barreras de contención o sistemas de redundancia) pueden reducir los daños y acelerar la recuperación.
  • Cálculo de riesgo poblacional: Integrar datos de densidad poblacional para cuantificar el impacto de las interrupciones en términos de personas afectadas y tiempo de recuperación, lo que facilita la toma de decisiones informadas para la implementación de medidas.
  • Simulación de impacto y respuesta: Permite simular diferentes escenarios de inundación y evaluar la eficacia de las infraestructuras hidráulicas para proteger las IC, comparando opciones de almacenamiento, liberación controlada y desviación de agua.
  • Optimización del sistema de retención y almacenamiento: Determina la cantidad óptima de agua que debe almacenarse en embalses y tanques de tormenta para minimizar el riesgo de desbordamiento y daños a las IC.

Desafíos y recomendaciones para la resiliencia ante inundaciones

La gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas plantea varios desafíos, entre los cuales se encuentran:

  • Interdependencias complejas: La dependencia mutua entre diferentes sectores hace que el fallo en uno de ellos pueda generar efectos en cascada que agraven el impacto global.
  • Cambio climático y eventos extremos: La mayor frecuencia e intensidad de las inundaciones requieren que las infraestructuras se diseñen y operen considerando escenarios extremos.
  • Disponibilidad de datos: La falta de datos integrados y fiables sobre las características de las infraestructuras y su vulnerabilidad ante las inundaciones limita la precisión de los modelos y la planificación de resiliencia.

Para enfrentar estos desafíos, se recomienda:

  1. Fortalecer la colaboración intersectorial: Establecer redes de cooperación entre operadores de infraestructura crítica para mejorar la planificación y la respuesta.
  2. Integrar herramientas de predicción y alerta temprana: Aprovechar tecnologías avanzadas de monitoreo y modelado climático para anticipar inundaciones y activar respuestas más eficaces.
  3. Aumentar la inversión en infraestructura resiliente: Priorizar la construcción y adaptación de infraestructuras críticas con materiales y diseños capaces de soportar inundaciones.
  4. Desarrollar políticas de zonificación y regulación más estrictas: Promover la construcción fuera de zonas de riesgo y fomentar diseños urbanos que integren espacios de absorción de agua.

Conclusión

La gestión del riesgo de inundación en infraestructuras críticas es fundamental para la resiliencia de las ciudades y la seguridad de la población. Al implementar un enfoque integral basado en el ciclo de gestión del riesgo de desastre (GRD), es posible identificar y aplicar medidas específicas en cada fase, desde la preparación hasta la recuperación. Los modelos de red permiten evaluar y mejorar la capacidad de respuesta de las infraestructuras ante las inundaciones, y ayudan a los operadores y a los gobiernos a tomar decisiones informadas que minimicen el impacto de estos eventos. Al integrar infraestructuras hidráulicas, como presas, tanques de tormenta y zonas de retención natural, en el ciclo de gestión del riesgo de desastres, es posible aumentar la protección de los servicios esenciales y reducir el impacto de las inundaciones. Además, combinar infraestructuras hidráulicas con medidas de resiliencia específicas para cada sector refuerza la capacidad de respuesta y recuperación, minimizando los efectos en cascada y garantizando la continuidad de los servicios esenciales y el bienestar de la población.

Os dejo un domuento denominado “Principios para la infraestructura resiliente”, de Naciones Unidas. Espero que os resulte de interés.

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Este otro, del Ministerio para la Transición Ecológica, trata de la “Evaluación de la resiliencia de los núcleos urbanos frente al riesgo de inundación: redes, sistemas urbanos y otras infraestructuras”.

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Presas y control de inundaciones: estrategias integradas para la reducción de riesgos hídricos

Presa de Forata, en el río Magro. Fuente: Confederación Hidrográfica del Júcar

Las presas son estructuras artificiales que, en todo o en parte, limitan el contorno de un recinto enclavado en el terreno y están destinadas al almacenamiento de agua. Se trata de infraestructuras esenciales para el control de las inundaciones, especialmente dentro del marco de la Gestión Integrada de Inundaciones (GII). Las inundaciones, que representan uno de los desastres naturales más recurrentes y devastadores, se han incrementado en frecuencia e intensidad en las últimas décadas, debido en gran medida al cambio climático, la deforestación y el aumento de la urbanización en zonas vulnerables. A continuación, resumiré un artículo escrito por Luis Berga que profundiza en el papel fundamental de las presas en la gestión de los riesgos de inundación. En él se abordan sus beneficios, su funcionamiento, sus limitaciones y algunos ejemplos de su aplicación en distintos lugares.

Importancia de las presas en el control de inundaciones

A nivel global, las inundaciones representan aproximadamente el 30 % de todos los desastres naturales y son responsables de un 20 % de las muertes y de un 30 % de los daños económicos generados por eventos naturales extremos. Según el análisis del Comité Internacional de Grandes Presas (ICOLD), en el periodo comprendido entre 1975 y 2001 se produjeron cada año unas 100 inundaciones significativas, que afectaron a 150 millones de personas y causaron una media anual de 11 000 muertes. En este contexto, las presas desempeñan un papel crucial, especialmente en regiones con grandes poblaciones y actividades económicas en zonas de riesgo.

Funcionamiento de las presas en la mitigación de inundaciones

Las presas regulan el flujo de agua, especialmente en casos de caudales extremos, mediante la laminación de avenidas. Este proceso consiste en retener temporalmente el agua de los ríos o torrentes en embalses y liberarla posteriormente de forma controlada para reducir el caudal pico y minimizar los daños aguas abajo. La laminación permite que las zonas de riesgo puedan soportar caudales menores y menos destructivos, lo que protege tanto a las comunidades como a los ecosistemas circundantes.

Dependiendo de su objetivo, las presas pueden clasificarse en varios tipos en relación con su papel en la laminación de avenidas:

  1. Presas de regulación general: Su objetivo principal es el abastecimiento de agua, la generación de energía o el riego, y tienen un impacto limitado en la reducción de crecidas.
  2. Presas de usos múltiples con laminación secundaria: Estas presas consideran la laminación de avenidas como un objetivo importante, pero secundario a otros usos, como el abastecimiento de agua o la producción de electricidad.
  3. Presas de usos múltiples con prioridad en laminación: En este tipo, la laminación de avenidas es el objetivo principal, combinado con otros fines menores.
  4. Presas dedicadas exclusivamente a la laminación de avenidas: Estas presas están diseñadas exclusivamente para reducir los caudales pico durante las inundaciones, proporcionando la mayor capacidad de mitigación posible.

Cada tipo de presa cumple su función de acuerdo con las características de la cuenca y la magnitud de las crecidas, así como con el tipo de infraestructura y las necesidades de la región.

Beneficios de las presas en la gestión de inundaciones.

El impacto positivo de las presas va más allá de la mitigación de los picos de caudal. Entre los beneficios adicionales se incluyen:

  • Reducción de las áreas inundadas: Al disminuir el caudal punta, se reducen significativamente las áreas que quedan bajo el agua, con lo que se minimizan los daños en zonas urbanas, agrícolas y ecosistemas importantes.
  • Protección de infraestructuras críticas: Las presas ayudan a evitar que el agua afecte infraestructuras estratégicas como carreteras, puentes y redes de transporte, lo que a su vez permite una respuesta de emergencia más rápida y eficiente.
  • Prevención de daños económicos: Al mitigar el impacto de las crecidas, se reducen las pérdidas en propiedades y cultivos, lo que beneficia a la economía local y regional. Por ejemplo, la presa de Oroville, en EE. UU., ha evitado daños económicos valorados en más de 1300 millones de dólares en las últimas décadas.
  • Reducción de la pérdida de vidas humanas y de las afecciones a la salud: Al controlar los caudales y evitar inundaciones masivas, se minimizan los riesgos para la vida humana y se evitan problemas de salud asociados con aguas estancadas e insalubres.

Sin embargo, es importante no promover una falsa sensación de seguridad total. Aunque las presas son altamente efectivas, siempre existe un riesgo residual, especialmente en eventos climáticos extremos que pueden superar la capacidad de almacenamiento del embalse.

Ejemplos de eficacia de las presas en el control de inundaciones

Diversos casos a nivel mundial evidencian la eficacia de las presas en la gestión de inundaciones:

  • El huracán Mitch y la Presa de El Cajón (Honduras): En 1998, el huracán Mitch provocó enormes crecidas en Centroamérica, pero la presa de El Cajón retuvo un caudal de entrada de 9800 m³/s, liberando solo 1200 m³/s. Esta reducción del 88 % en el caudal punta evitó daños catastróficos aguas abajo, protegiendo a las poblaciones ubicadas en las llanuras aluviales del país.
  • El tifón Rusa en Corea del Sur (2002): Las presas en Corea del Sur redujeron el caudal pico en el río Han en un 32 % y en el río Nakdong en un 51 %, protegiendo a las ciudades y zonas agrícolas de graves inundaciones. Los embalses principales retuvieron 1,4 km³ de agua, lo que mitigó el impacto de las lluvias torrenciales.
  • Presa de Danjiangkou (China): Desde su construcción en 1968, esta presa ha evitado graves inundaciones en el río Yangtsé, reduciendo el caudal punta en un promedio del 64 % y protegiendo a la ciudad de Wuhan. La laminación de avenidas en este embalse ha transformado crecidas importantes en eventos menores, salvaguardando la vida y los bienes de millones de personas.

Limitaciones y consideraciones en el uso de presas

Pese a sus múltiples beneficios, las presas también presentan limitaciones que deben tenerse en cuenta. Algunas de las más relevantes son:

  • Riesgo de eventos extremos: En situaciones de lluvias extremadamente intensas o prolongadas, una presa puede llegar a su capacidad máxima de almacenamiento, lo que obliga a verter agua sin laminación adicional, lo que podría generar inundaciones aguas abajo.
  • Impactos ambientales: Las presas alteran el flujo natural de los ríos y afectan a los ecosistemas acuáticos y terrestres. Además, pueden bloquear la migración de especies acuáticas y modificar la calidad del agua debido a la sedimentación en el embalse.
  • Costo económico y social: La construcción y el mantenimiento de una presa suponen una inversión elevada, que debe justificarse con los beneficios obtenidos en términos de mitigación de riesgos y otros usos complementarios, como la generación de energía o el abastecimiento de agua.
  • Gestión y coordinación de zonas aguas abajo: Las zonas cercanas a la presa deben contar con planes de emergencia, así como con sistemas de alerta temprana y zonificación adecuada para evitar asentamientos en áreas de riesgo.

Para maximizar los beneficios de las presas, es fundamental complementarlas con otras medidas de gestión de inundaciones, tanto estructurales (como diques y canales) como no estructurales (zonificación de uso del suelo, creación de zonas de almacenamiento controladas y sistemas de alerta temprana).

La gestión integrada de inundaciones y el papel complementario de las presas

La Gestión Integrada de Inundaciones considera tanto medidas estructurales como no estructurales para ofrecer una respuesta holística al riesgo de inundación. Dentro de este enfoque, las presas juegan un papel esencial, pero necesitan ser complementadas por:

  • Zonificación de áreas de riesgo: Al restringir los asentamientos en zonas propensas a inundaciones y promover el uso agrícola o recreativo en estas áreas, se reduce la exposición de las personas y propiedades al riesgo.
  • Planes de emergencia y sistemas de alerta temprana: Las presas pueden incluir sistemas de monitoreo que, junto con datos climáticos, permiten anticipar crecidas y alertar a la población.
  • Medidas de conservación del suelo y reforestación: La conservación del suelo y la vegetación en las cuencas contribuyen a disminuir la escorrentía superficial, reduciendo así la cantidad de agua que llega al embalse en eventos de lluvias intensas.

Conclusión

Las presas constituyen una solución efectiva y probada para mitigar los riesgos de inundación, ya que permiten controlar los caudales en momentos críticos y reducir así el impacto sobre las áreas vulnerables. La laminación de avenidas y la capacidad de almacenamiento controlado son fundamentales para la protección de las comunidades y los ecosistemas. Sin embargo, para una gestión del riesgo completa y sostenible, es necesario considerar un enfoque integral que combine el uso de presas con otras estrategias de gestión, a fin de proteger la vida humana, el bienestar social y la preservación del entorno natural.

Las presas no deben verse como infraestructuras aisladas, sino como elementos clave de un sistema coordinado de gestión de cuencas y respuesta a emergencias, de manera que se maximicen sus beneficios y se minimicen los posibles impactos adversos. Este enfoque integral permite hacer frente a los crecientes desafíos que plantean las inundaciones en un contexto de cambio climático y urbanización acelerada, y construir resiliencia y promover la seguridad a largo plazo para las generaciones futuras.

Referencia:

BERGA, L. (2006). El papel de las presas en la mitigación de las inundaciones. Ingeniería Civil, 144: 7-13.

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Defensa integral contra inundaciones: un esbozo de las estrategias para la gestión de riesgos

Introducción: el problema de las inundaciones y la necesidad de estrategias integrales

Los eventos naturales de inundación, que pueden ser resultado de lluvias intensas o crecidas de ríos, pueden tener efectos devastadores en las comunidades y los ecosistemas. En las últimas décadas, se ha incrementado tanto la frecuencia como la gravedad de las inundaciones en muchas regiones del mundo. En este contexto, es fundamental implementar un conjunto de estrategias integradas que combinen medidas estructurales y no estructurales para minimizar los daños materiales, ambientales y humanos.

 

Criterios de actuación para la gestión del riesgo de inundaciones

Antes de elegir o diseñar medidas de defensa, es necesario establecer criterios de actuación para maximizar su efectividad:

  1. Coordinación: Las administraciones deben actuar de forma conjunta, definiendo claramente objetivos y responsabilidades para asegurar que las medidas se apliquen de forma eficiente.
  2. Descentralización: Los riesgos se gestionan mejor a nivel local en zonas no críticas, mientras que la administración central debe asumir la protección de las áreas de primer orden. Este aspecto se refleja en la legislación
  3. Separación de daños: Los programas deben diferenciar entre tipos de riesgos y áreas, priorizando la seguridad humana en zonas habitadas y protegiendo bienes agrícolas a través de seguros.
  4. Realismo y transparencia: Es fundamental aceptar un riesgo residual dado que ninguna medida puede ofrecer protección total. Asimismo, se debe comunicar de forma clara el alcance de cada intervención, tanto a nivel técnico como a los ciudadanos, incluyendo la divulgación de mapas de riesgo.
  5. Respeto al medio ambiente y prevención: Siempre que sea posible, las medidas deben procurar la mínima intervención posible en los ecosistemas fluviales, priorizando la ordenación territorial y evitando la ocupación de zonas inundables​.

Medidas estructurales: infraestructura para el control de las inundaciones.

Las medidas estructurales buscan alterar el flujo y la acumulación del agua mediante infraestructuras diseñadas específicamente para reducir la magnitud de las crecidas y proteger áreas críticas. Estas medidas se dividen en tres categorías principales:

  • Reducción de caudales punta: Este tipo de medidas tienen como objetivo reducir los picos de caudal durante una crecida:
    • Presas de laminación: Al almacenar temporalmente el exceso de agua, las presas de laminación liberan caudales regulados hacia aguas abajo, lo que disminuye la presión en las zonas vulnerables.
    • Zonas de almacenamiento controladas y cauces de emergencia: Estas áreas de almacenamiento pueden recibir el agua excedente en momentos críticos, lo que reduce la probabilidad de inundación en áreas habitadas. Pueden ser tanques de tormentas o parques inundables, entre otros.
    • Reforestación y conservación de suelos: Aunque no son medidas de infraestructura pesada, también ayudan a reducir el flujo de agua y el transporte de sedimentos hacia las llanuras de inundación.
  • Reducción de los niveles de inundación: Estas medidas se centran en mantener el nivel de las aguas bajo control durante una crecida:
    • Encauzamientos: Modificar el cauce de ríos y arroyos ayuda a dirigir el flujo y evita desbordamientos en áreas específicas. Sin embargo, debe manejarse con cuidado para no incrementar el riesgo aguas abajo.
    • Reducción de remansos y limpieza de cauces: Permiten un flujo continuo del agua y reducen la acumulación de niveles altos en puntos críticos.
  • Reducción de la duración de la inundación: Algunas infraestructuras, como las viales, se diseñan para facilitar el drenaje rápido en zonas anegadas, ya que las carreteras y las vías de transporte pueden actuar como barreras. Por ello, es crucial incluir obras de drenaje adecuadas para evitar que el agua se acumule y prolongue la duración de la inundación en las áreas circundantes.

Medidas no estructurales: estrategias de prevención y gestión del territorio

Las medidas no estructurales complementan a las estructurales, ya que se centran en la reducción de la vulnerabilidad y la exposición de las personas y sus bienes ante posibles inundaciones. Son especialmente útiles para gestionar el riesgo en áreas con niveles de protección más bajos o cuando el coste de las infraestructuras no justifica su instalación.

  • Cartografía de riesgo: proporciona una base esencial para la gestión del territorio y la toma de decisiones. Los mapas de riesgo identifican las áreas con mayor probabilidad de inundación, así como su gravedad, lo que permite a las autoridades y a la población planificar y adoptar medidas adecuadas. Además, constituyen una herramienta clave para los planes de emergencia, ya que ayudan a establecer zonas de evacuación y puntos de seguridad.
  • Ordenación de las zonas inundables: es fundamental en la planificación territorial para evitar el desarrollo de infraestructuras en áreas de alto riesgo. Las estrategias de ordenación incluyen la zonificación de la llanura de inundación, que establece límites claros para el desarrollo urbano y protege tanto la infraestructura como la población, así como restricciones de uso del suelo, donde la legislación define los usos permitidos en áreas inundables, como parques y terrenos agrícolas. Esto disminuye la exposición al riesgo de los asentamientos humanos y minimiza los daños materiales en caso de inundación.
  • Los sistemas de alerta temprana: son esenciales para la gestión eficaz de las emergencias por inundación. En España, el Sistema Automático de Información Hidrológica (SAIH) ofrece datos en tiempo real sobre precipitaciones y niveles de agua en diferentes puntos de control. Esto permite anticipar la magnitud de la crecida y alertar a la población a tiempo, lo que reduce significativamente el riesgo de pérdidas humanas y materiales. Estos sistemas utilizan modelos hidrológicos avanzados para predecir el comportamiento de las cuencas.
  • Seguros contra inundaciones: son un mecanismo efectivo para proteger las propiedades agrícolas y los bienes en zonas de riesgo moderado a alto, en especial cuando el coste de una infraestructura de protección supera el valor del área. En España, el Consorcio de Compensación de Seguros cubre los siniestros ocasionados por inundaciones en casos extraordinarios, lo que permite a los agricultores y otros propietarios recibir compensación sin tener que asumir por completo el coste de los daños.
  • La planificación de protección civil: es fundamental para responder de manera organizada y eficaz a situaciones de emergencia, estableciendo una estructura organizativa que define las responsabilidades de cada administración según la gravedad de la emergencia y delineando fases de actuación que en España se dividen en tres: preemergencia, que comienza con alertas meteorológicas; emergencia, que se activa ante riesgos inminentes; y normalización, que inicia tras la emergencia para restaurar servicios y realizar las primeras reparaciones, además de enfatizar la operatividad y formación del personal involucrado mediante capacitación y simulacros periódicos para garantizar la ejecución eficiente de los planes.

Conclusión: la importancia de una gestión integral del riesgo de inundación.

La combinación de medidas estructurales y no estructurales es clave para mitigar el riesgo de inundaciones de forma efectiva. Mientras que las medidas estructurales actúan directamente sobre el comportamiento de las aguas, las no estructurales permiten gestionar el uso del territorio y mejorar la resiliencia de las comunidades. Esta estrategia integral no solo minimiza los daños materiales y humanos, sino que también contribuye a la sostenibilidad y a la convivencia armoniosa con los ecosistemas fluviales. La gestión de riesgos de inundación debe ser una prioridad para las administraciones, que deben coordinar sus esfuerzos y garantizar que la población esté informada y preparada para hacer frente a estos fenómenos.

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Introducción a las crecidas en ingeniería hidráulica

Las crecidas son fenómenos hidrológicos complejos que tienen un impacto significativo en las áreas naturales y urbanas. Comprender los factores que influyen en las crecidas y saber cómo predecirlas es crucial para el diseño de infraestructuras hidráulicas y para la planificación de la gestión de los recursos hídricos. En este artículo se explica en detalle qué son las crecidas, cómo se caracterizan mediante el hidrograma de crecida, las fases del proceso y los métodos avanzados de cálculo y modelización.

1. Definición y clasificación de las crecidas

Una crecida es el aumento brusco del caudal de un río o arroyo, generalmente debido a una gran cantidad de agua que llega al cauce en un periodo de tiempo corto, provocada por lluvias intensas o el deshielo de grandes acumulaciones de nieve. Este incremento del caudal puede provocar el desbordamiento del río y causar inundaciones en las áreas aledañas.

Clasificación de las crecidas

Las crecidas se pueden clasificar según diversos criterios:

  1. Crecidas fluviales: Son aquellas que se producen en grandes ríos y se deben a la acumulación de agua de precipitación en toda la cuenca. Suelen ser eventos de larga duración.
  2. Crecidas urbanas: Son más comunes en áreas urbanizadas, donde la impermeabilización del suelo limita la infiltración y aumenta la escorrentía superficial. Las crecidas urbanas tienden a ocurrir con rapidez y pueden provocar graves inundaciones.
  3. Crecidas repentinas: Conocidas también como flash floods, ocurren con rapidez en zonas de cuencas pequeñas y de gran pendiente. Se producen cuando una lluvia intensa y breve genera una escorrentía rápida hacia el cauce.
  4. Crecidas por deshielo: Frecuentes en zonas montañosas y frías, son causadas por el derretimiento acelerado de la nieve y el hielo, que aportan grandes volúmenes de agua a los ríos.

 

2. Factores que determinan una crecida

Las crecidas dependen de una combinación de factores físicos y meteorológicos que determinan el volumen y la velocidad del flujo de agua. Los factores más importantes son los siguientes:

  • Intensidad y duración de la precipitación: La cantidad de agua caída y su duración son determinantes. Una precipitación de alta intensidad y corta duración puede ser suficiente para causar una crecida repentina.
  • Área de la cuenca: Las cuencas grandes tienden a acumular agua lentamente, mientras que en las cuencas pequeñas el tiempo de respuesta es más rápido y las crecidas ocurren con mayor rapidez.
  • Pendiente de la cuenca: La pendiente influye en la velocidad de desplazamiento del agua. Las cuencas de alta pendiente generan crecidas rápidas, mientras que en las pendientes suaves el agua fluye más despacio.
  • Cobertura del suelo y tipo de vegetación: La vegetación ayuda a interceptar la lluvia, lo que aumenta la infiltración y reduce la escorrentía. En zonas deforestadas o urbanizadas, la escorrentía es mayor, lo que incrementa la posibilidad de crecidas.

3. El hidrograma de crecida: análisis y componentes

El hidrograma de crecida es una representación gráfica que muestra la variación del caudal de un río o corriente a lo largo del tiempo durante una crecida. Este gráfico permite analizar el comportamiento de la crecida desde el inicio de la precipitación hasta el retorno del caudal a niveles normales.

Componentes del hidrograma

  1. Crecida: La fase de ascenso en el hidrograma, en la que el caudal aumenta rápidamente debido al aporte de la escorrentía superficial.
  2. Caudal pico: El punto máximo de caudal en el hidrograma, que indica el momento de mayor flujo de agua en el cauce.
  3. Descenso: La fase de reducción del caudal después de alcanzar el pico, en la que el flujo disminuye gradualmente.
  4. Tiempo al pico (tp): El tiempo que transcurre desde el inicio de la crecida hasta alcanzar el caudal máximo. Este parámetro es clave para dimensionar estructuras de protección y prever los tiempos de reacción.
De FerranTatachan – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4480943

Parámetros característicos del hidrograma

Además de los componentes, existen parámetros característicos que ayudan a comprender mejor el comportamiento de la crecida:

  • Tiempo de concentración (tc): Es el tiempo máximo que tarda el agua en llegar desde el punto más lejano de la cuenca hasta el cauce principal. Este tiempo es esencial para estimar el caudal máximo.
  • Tiempo de base (tb): Es el intervalo total que dura la crecida, desde el inicio de la subida del caudal hasta que regresa a su nivel base.

4. Fases de la crecida: procesos hidrológicos

Las crecidas pasan por varias fases, cada una con características hidrológicas distintas.

  • Producción de escorrentía: La fase inicial de una crecida se produce cuando la precipitación supera la capacidad de infiltración del suelo, lo que genera escorrentía superficial. Las abstracciones iniciales son mínimas en eventos extremos, por lo que casi toda la lluvia contribuye al flujo hacia el cauce.
  • Traslación y propagación en laderas: Una vez generada, el agua se desplaza por las laderas hasta alcanzar los canales de drenaje o el río. Este proceso de traslado es más importante en cuencas pequeñas, donde el agua fluye directamente por el terreno inclinado y puede llegar con rapidez al cauce.
  • Fase fluvial y almacenamiento: En la fase fluvial, el agua se desplaza por el cauce del río. En esta fase, el caudal puede atenuarse al encontrar embalses o zonas de almacenamiento temporal. Este amortiguamiento suaviza el hidrograma, reduciendo el pico de caudal y extendiendo la duración de la crecida.

5. Modelos de propagación de crecidas

Los modelos de propagación de crecidas permiten predecir cómo se desplazará el caudal de un río o cuenca después de una lluvia intensa. Existen diferentes tipos de modelos en función del nivel de detalle en la simulación:

  • Modelos agregados: Consideran la cuenca como una sola unidad y simplifican los procesos hidrológicos, aplicando valores promedio para la infiltración, la escorrentía y otros factores.
  • Modelos pseudo-distribuidos: Dividen la cuenca en subcuencas y simulan cada una de ellas de manera independiente, lo que permite una mejor aproximación de la variabilidad espacial.
  • Modelos distribuidos: Dividen la cuenca en celdas de análisis que representan zonas pequeñas. Este tipo de modelo simula los procesos hidrológicos en cada celda, lo que resulta en una mayor precisión.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

Modelos matemáticos de propagación

Los modelos matemáticos se utilizan para resolver ecuaciones que describen el movimiento del flujo de agua en la cuenca. Algunos de los modelos más comunes son:

  • Ecuaciones de Saint-Venant: Se emplean en la fase fluvial de la propagación y son aplicables en cauces con flujo permanente. Estas ecuaciones describen la variación del caudal y de la altura del agua en función del tiempo y de la distancia en el cauce.
  • Teoría de la Onda Cinética: Se utiliza en la fase de escorrentía superficial en laderas inclinadas. Este modelo calcula la velocidad del flujo en función de la pendiente y la intensidad de la lluvia.

6. Métodos de cálculo de caudales en crecidas

Para el cálculo del caudal máximo en crecidas, se emplean métodos específicos que simplifican el comportamiento de la escorrentía en cuencas pequeñas o medianas. Los métodos más comunes son:

6.1. Método Racional

El Método Racional es uno de los métodos más usados en ingeniería para estimar el caudal máximo de crecida en cuencas pequeñas. Este método utiliza la siguiente ecuación:

Q = C · I · A

donde:

  • Q: Caudal pico (m³/s),
  • C: Coeficiente de escorrentía, que depende del tipo de suelo y la cobertura vegetal,
  • I: Intensidad de la lluvia (mm/h) obtenida de curvas IDF,
  • A: Área de la cuenca (km²).

6.2. Método de Témez

El Método de Témez es una adaptación del método racional que incluye factores adicionales, como el coeficiente de reducción areal y el tiempo de concentración de la cuenca. Este método se usa en cuencas pequeñas y medianas, y su aplicación es especialmente frecuente en España.

El Método de Témez incluye correcciones en la intensidad de la lluvia y en el coeficiente de escorrentía, lo que mejora la precisión en cuencas donde la variabilidad espacial es moderada. Además, permite incorporar el coeficiente de uniformidad temporal, que ajusta la intensidad de la lluvia para reflejar mejor la distribución temporal de la precipitación.

Las limitaciones del método racional (MR) incluyen una simplificación en la consideración de la variabilidad temporal y espacial de la lluvia, lo que puede afectar a la precisión en ciertas aplicaciones. Este método no permite la desagregación espacial de la cuenca, por lo que es adecuado para cuencas pequeñas. Además, solo proporciona el caudal pico, por lo que es útil únicamente cuando no se requiere un hidrograma completo de crecida. También utiliza la curva IDF de Témez, aplicable exclusivamente a cuencas con tiempos de concentración entre 15 minutos y 24 horas.

7. Aplicaciones prácticas del análisis de crecidas

El análisis de crecidas es fundamental para el diseño y construcción de infraestructuras hidráulicas, como:

  • Presas y embalses: Dimensionadas para contener caudales de crecida sin desbordar.
  • Sistemas de drenaje urbano: Para evacuar el agua de lluvia y evitar inundaciones.
  • Caminos y puentes: Diseñados para resistir la presión y el volumen de agua en eventos de crecida.

Conclusión

La gestión de crecidas es crucial en ingeniería hidráulica para prevenir daños y proteger vidas y bienes. La labor de los ingenieros pasa por comprender los procesos hidrológicos que provocan las crecidas y aplicar modelos de propagación y métodos de cálculo adecuados para diseñar infraestructuras seguras y resistentes a eventos extremos.

 

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