Acaban de publicar un artículo nuestro en Thermal Science and Engineering Progress, una de las revistas de mayor impacto científico, ubicada en el primer cuartil del JCR. Este estudio científico analiza cómo el calentamiento global y las temperaturas extremas aceleran la degradación física de la infraestructura vial, con especial atención a los puentes atirantados de hormigón.
La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
Este trabajo sintetiza una investigación profunda sobre el impacto del calentamiento global en la infraestructura crítica, en particular en los puentes atirantados de hormigón. El estudio revela una presión dual: el calentamiento acelera la degradación estructural y, simultáneamente, amplifica las emisiones de carbono incorporadas debido a la necesidad de demoliciones prematuras y reparaciones no planificadas.
Los hallazgos clave indican que el 8,67% de los puentes atirantados a nivel mundial han entrado en una fase de demolición prematura durante su etapa operativa. Esto ha generado emisiones de carbono excedentes de más de 100.000 toneladas, una cifra equivalente a 2,70 veces la producción de carbono proyectada en la etapa de diseño original. Las regiones de clima templado marítimo y continental se identifican como zonas de alta vulnerabilidad, lo que exige una recalibración urgente de los códigos de diseño para garantizar la sostenibilidad y la resiliencia de la infraestructura global.
1. El impacto térmico en las estructuras de hormigón
El calentamiento global altera el equilibrio termomecánico de las estructuras, afectándolas principalmente mediante dos mecanismos: el gradiente térmico y la temperatura uniforme.
1.1. Mecanismos de deterioro
- Efectos térmicos estáticos: Bajo condiciones de alta temperatura, las estructuras sufren deformaciones y tensiones excesivas que pueden comprometer su integridad microestructural.
- Evolución de la fluencia (creep): En condiciones de carga variable y a alta temperatura, la microestructura experimenta una evolución gradual de la fluencia. Esto induce tensiones que inician y propagan grietas.
- Efecto de retraso temporal (time-lag): Los fenómenos de retraso o diferencias de fase en la variación de la temperatura entre distintas ubicaciones estructurales son factores determinantes de la acumulación continua de daños.
1.2. Factores de degradación química y física
El deterioro es un proceso acoplado multivariable influenciado por:
- Reacción álcali-sílice: Causa pérdida de propiedades mecánicas y reducción de la durabilidad del agregado.
- Corrosión de armaduras: La temperatura es el principal factor que acelera la corrosión de las armaduras en el hormigón.
- Gradientes térmicos severos: La exposición repetida a gradientes de temperatura extremos provoca grietas que afectan la vida útil normal y el funcionamiento.
2. Marco metodológico y modelización
La investigación emplea un marco multidisciplinario, basado en la física, que vincula el forzamiento climático a escala macro con el deterioro estructural a escala micro.
2.1. Innovaciones en el modelado
- Métrica de deriva de carbono 3D: Un nuevo marco para acoplar la variabilidad climática regional con la decadencia del rendimiento estructural.
- Modelo de daño térmico global: Incorpora la cuantificación de la incertidumbre y la caracterización estadística de eventos extremos.
- Simulaciones de elementos finitos: Modelización detallada que incluye temperaturas extremas específicas del sitio, gradientes altitudinales e incertidumbre climática.
2.2. Ecuaciones fundamentales de transferencia de calor
El estudio se apoya en la ley de conducción de calor de Fourier y en modelos mejorados de radiación solar (Kelvin) para calcular la intensidad de radiación total, considerando las radiaciones directas, dispersas, reflejadas por el suelo e inversas atmosféricas.
3. Análisis de casos de estudio: puentes de gran luz
Se analizaron cuatro puentes atirantados en diferentes regiones climáticas para evaluar su deformación ante gradientes de temperatura extremos a lo largo de un ciclo de 50 años (1975–2025).
Tabla 1: Resumen de puentes analizados y rendimiento térmico
| Puente | Ubicación / clima | Altitud promedio | Ciclos hielo-deshielo (>20 °C) | Vida útil de diseño | Vida de fatiga estimada |
| NAB (Nan’ao) | Monzón subtropical | 15 m | 3.098 | 100 años | 6,166 años |
| MRB (Meixi) | Monzón cálido/húmedo | 943 m | 3.672 | 100 años | 20,470 años |
| WEB (Wuhekou) | Transicional cálido | 194 m | 4.302 | 100 años | 22,117 años |
| YRB (Yellow River) | Continental templado | 1.630 m | 3.808 | 100 años | 16,916 años |
Hallazgos críticos por caso:
- NAB: El análisis de acoplamiento térmico mostró que la vida operativa real caería a 93,834 años, por debajo del diseño original de 100 años.
- MRB: Bajo ciclos intensos de hielo-deshielo, la vida útil se redujo drásticamente entre 65,9 y 93,1 años respecto a su vida útil de diseño original.
- WEB: Presentó una relación de tensión térmica entre las losas superior e inferior de 2,818, lo cual fue la principal causa del arqueo en la viga principal.
- YRB: Las temperaturas extremas (mínima de -21,7 °C) y la alta altitud provocaron una reducción masiva de la durabilidad, con una vida de fatiga acumulada de apenas 16,9 años en condiciones críticas.
4. Sostenibilidad y emisiones de carbono
La industria del hormigón enfrenta desafíos críticos, dado que la producción de una tonelada de cemento emite aproximadamente 0,9 toneladas de CO2.
4.1. El ciclo de retroalimentación climática
El estudio advierte sobre un círculo vicioso: el calentamiento global acelera el deterioro de las infraestructuras, lo que obliga a reconstrucciones prematuras, que a su vez generan más emisiones de CO2 y aceleran aún más el calentamiento. Por cada 1% de aumento en la tasa de crecimiento de las emisiones de carbono, la temperatura media aumenta en 0,01873 °C.
4.2. Análisis regional de emisiones excedentes
El equipo investigó 1.427 puentes atirantados en 27 países, dividiendo los hallazgos por regiones:
- Norteamérica: En EE. UU., 14 puentes superaron su vida útil real calculada tras el daño térmico, entrando en periodo de demolición. Las emisiones en el periodo de demolición aumentaron un 488,19% en la región.
- Europa: Alemania e Italia representan el 34,63% y el 15,24% de los puentes europeos, respectivamente. Tras el daño por fatiga ambiental, las emisiones durante el periodo de mantenimiento en Europa disminuyeron un 29,68% debido a demoliciones tempranas, pero las emisiones por demolición aumentaron un 1054,14%.
- Asia-Pacífico: China representa el 43,22% de la región. Aunque muchos puentes son nuevos, la sensibilidad térmica indica que, al aumentar la temperatura, las propiedades de corte y la adherencia entre el acero y el hormigón disminuyen drásticamente.
5. Soluciones y mitigación: hormigón de bajas emisiones
Para cumplir con la Agenda 2030 de la ONU, resulta necesario adoptar materiales y tecnologías sostenibles.
Tabla 2: Tecnologías de Reducción de Carbono en la Construcción
| Estrategia | Materiales / Métodos | Efecto en reducción de CO2 |
| Sustitución de clinker | Cenizas volantes, escoria, arcilla calcinada | Reducción del 14% – 22% |
| Adhesivos sin cemento | Materiales cementicios activados por álcalis | Reducción de hasta el 80% |
| Optimización híbrida | Áridos reciclados | Reducción del 22% – 46% en materias primas |
| Nanotecnología | Nano-rellenos de CaCO3 (2%) | Mejora la resistencia y propiedades de la matriz |
| Captura de carbono | Absorción química / Ciclo de calcio | Captura directa de emisiones de CO2 |
6. Conclusiones y recomendaciones
La investigación concluye que el modelo tradicional de diseño de infraestructura resulta insuficiente frente a la volatilidad climática actual.
- Recalibración de códigos: Es urgente actualizar las especificaciones de diseño de vida útil, incorporando modelos de daño térmico que consideren eventos climáticos extremos y variaciones altitudinales.
- Enfoque interdisciplinario: La evaluación de infraestructuras debe integrar mecánica, termodinámica, ciencias sociales y detección remota para identificar las causas raíz de las fallas.
- Priorización de nuevos materiales: La durabilidad a largo plazo de los nuevos materiales de bajo carbono requiere una evaluación continua en entornos naturales reales, ya que la investigación actual en este ciclo de vida es insuficiente.
- Gestión de riesgos de «overshoot»: La industria de la infraestructura debe reconocer su papel decisivo en el riesgo de superación climática a nivel regional y global, y adoptar estrategias de diseño adaptativo para evitar el colapso prematuro de activos críticos.
Referencia:
ZHOU, Z.; DING, F.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2026). Thermal damage and lifespan deterioration of global infrastructure under climate warming. Thermal Science and Engineering Progress, 78, 104910. DOI:10.1016/j.tsep.2026.104910
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