Introducción: El sistema nervioso invisible de un edificio.
Cualquiera que haya pasado junto a una obra habrá visto la escena: grúas que se elevan hacia el cielo, un esqueleto de armaduras de acero esperando el hormigón y un ir y venir constante de los trabajadores. Vemos el progreso físico, la estructura que crece día a día. Pero ¿te has parado a pensar en los procesos invisibles que garantizan que ese gigante de hormigón y acero no solo se mantenga en pie, sino que también sea seguro durante décadas?
Detrás de cada pilar, viga y forjado existe una meticulosa red de control, un sistema nervioso que garantiza la integridad de toda la estructura. En España, el manual que rige estas normas es el Código Estructural. Este reglamento garantiza que la calidad y la seguridad no se dejan al azar, sino que son el resultado de un plan riguroso y sistemático.
Este artículo revela tres aspectos sorprendentes extraídos directamente de los procedimientos de este código. Son tres verdades sobre el control de calidad que cambiarán tu forma de ver los edificios que te rodean y demostrarán que, al igual que un rascacielos, la confianza se construye paso a paso y con una supervisión implacable.
1. El control se realiza mediante dos llaves: el constructor se autovigila y un supervisor lo supervisa.
En la construcción de una estructura, la responsabilidad no recae en una sola persona, sino en un sistema de doble verificación. Piénsalo como un sistema de doble llave, en el que se requieren dos validaciones para proceder. El Código Estructural establece un mecanismo de control con dos capas fundamentales que garantizan la máxima fiabilidad.
La primera capa es el «autocontrol» del constructor. La propia empresa constructora tiene la obligación de inspeccionar y registrar de forma sistemática la calidad de su trabajo. No es una opción, sino una exigencia. Deben seguir un plan de inspección y dejar constancia de que cada proceso cumple con las especificaciones del proyecto.
La segunda capa es el «control de contraste», que realiza una entidad independiente: la dirección facultativa (el equipo técnico de arquitectos e ingenieros que dirige la obra y actúa como supervisor en nombre del propietario y de la normativa). Este equipo no da por bueno el trabajo del constructor sin más, sino que realiza sus propias comprobaciones para verificar que el autocontrol se ha llevado a cabo correctamente y que los resultados son conformes.
Para comprender la rigurosidad de este sistema, veamos las frecuencias mínimas de inspección de un elemento como el pilar. Según las tablas de inspección del código, el constructor debe comprobar el 50 % de los pilares de un lote, mientras que la dirección facultativa debe realizar un control de contraste del 10 % de dichos pilares. Esta redundancia no es burocracia, sino una red de seguridad diseñada para que nada importante pase desapercibido. Esta redundancia deliberada no solo sirve para detectar errores, sino que forma parte de una filosofía pragmática que reconoce que, en proyectos de esta complejidad, la perfección es imposible, pero garantizar la corrección es posible.
2. La perfección no existe, pero la corrección sí: los errores forman parte del plan.
Podríamos pensar que el objetivo de un sistema de control tan estricto es evitar cometer errores, pero no es así. Sin embargo, la realidad de una obra es compleja y el Código Estructural adopta un enfoque más pragmático y eficaz: asume que se producirán desviaciones, pero exige un proceso robusto para detectarlas, documentarlas y corregirlas antes de que se conviertan en un problema.
Cada vez que una inspección detecta una «no conformidad» (un aspecto que no cumple con el proyecto), se registra en una «Ficha de registro de control». En esta ficha se detalla el problema y, lo más importante, la «decisión adoptada» para solucionarlo. Los ejemplos extraídos de un proyecto real son muy reveladores:
Ejemplo 1 (ficha n.º 6): durante una comprobación de cotas, se detectó que el pilar n.º 20 se había hormigonado 7,5 cm por encima de lo especificado. Un error así habría impedido la correcta colocación de las armaduras de acero del forjado superior. La solución fue directa y contundente: se ordenó demoler el hormigón sobrante hasta alcanzar la cota correcta.
Ejemplo 2 (ficha n.º 3): las barras de acero de espera de un pilar (es decir, las que conectan con el pilar del piso superior) estaban mal posicionadas. Esto comprometía el «recubrimiento», es decir, la capa mínima de hormigón que debe proteger el acero de la corrosión. En este caso, se hizo valer el criterio de ingeniería: en lugar de optar por la demolición, que habría supuesto un enorme coste y un retraso, se tomó una decisión más inteligente. Se aceptó la desviación dentro de las tolerancias y se ordenó modificar la forma final del pilar para garantizar el recubrimiento mínimo y salvar el elemento, sin comprometer en absoluto la seguridad.
Ejemplo 3 (ficha n.º 4): tras retirar el encofrado de un pilar, se observó una fisura horizontal. Aunque resultó alarmante a primera vista, demostró la importancia de un diagnóstico preciso. La inspección determinó que se trataba de una fisura superficial causada por el «asiento plástico» del hormigón fresco, un fenómeno conocido que no tiene impacto estructural. En lugar de provocar una alarma innecesaria, se aplicó una solución precisa: picar la zona afectada y repararla con un mortero especial.
Este enfoque sistemático de la gestión de errores es lo que construye la verdadera seguridad. No se trata de no cometer nunca un error, sino de tener un plan infalible para corregir cada uno de ellos y dejar un registro completo de cada decisión.
3. Lo que se llama «simplificado» resulta sorprendentemente complejo.
El Código Estructural ofrece una «opción simplificada» para el control de la ejecución en obras de edificación con ciertas características. El nombre puede engañar al sugerir un proceso más laxo o básico. Nada más lejos de la realidad.
Esta modalidad «simplificada» sigue siendo un método extraordinariamente metódico y riguroso. Para empezar, obliga a dividir toda la estructura en «lotes de ejecución». Un lote no es una división arbitraria, sino que está perfectamente definido. Por ejemplo, en el caso de pilares y forjados, un lote equivale a un máximo de 250 m² de superficie construida o dos plantas. De este modo, se asegura una inspección granular y manejable de la obra.
Para cada uno de estos lotes, se despliega un plan de inspección que abarca una larga lista de procesos de ejecución. No solo se comprueba si el hormigón se ha vertido correctamente, sino que el control abarca desde la «gestión de acopios» (verificar que los materiales que llegan a la obra son los correctos) y los «replanteos» (asegurar que cada elemento estructural se ubica en su posición exacta según los planos), hasta el «acabado» final de los elementos.
La clave es que en ingeniería estructural no hay atajos. Incluso el camino «simplificado» es un testimonio de una cultura en la que el rigor metodológico es el estándar mínimo para garantizar la seguridad pública.
Conclusión: una nueva mirada sobre las estructuras que nos rodean.
Detrás del hormigón y el acero que vemos tomar forma en una obra, existe una arquitectura invisible de procesos: una coreografía de comprobaciones, registros y correcciones planificadas. Este sistema nervioso invisible de control y corrección es lo que confiere resiliencia a un edificio, permitiéndole nacer conforme a las reglas más estrictas.
No se trata de la ausencia de errores, sino de la certeza de que se corregirán, lo cual nos da tranquilidad. La próxima vez que entres en un edificio, ¿te acordarás de la inmensa red de controles y decisiones de ingeniería que garantizan que el edificio se mantenga firme y seguro sobre tu cabeza?
En esta conversación se exponen varias ideas relacionadas con este tema.
Este vídeo condensa los puntos clave de la opción simplificada del control de calidad, tal y como se establece en el Código Estructural.
Aquí os dejo un resumen que creo que os puede ayudar, ya que os será de gran utilidad para resolver vuestras dudas.
La Fundación Musaat ofrece una monografía que podéis descargar a continuación, que creo que es muy útil para adentrarse en los entresijos del Código Estructural en relación con la opción simplificada del control de ejecución de estructuras de hormigón.
Acaban de publicar un artículo nuestro en Environmental Impact Assessment Review, una de las revistas de mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR. En este trabajo se sintetizan los resultados de un estudio exhaustivo sobre un sistema constructivo innovador: las losas biaxiales de hormigón armado aligeradas con esferas o discos de plástico 100 % reciclado (Losa Aligerada, VS). La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
La investigación aborda la necesidad crítica de reducir el impacto ambiental del sector de la construcción, responsable de casi la mitad del consumo mundial de materias primas y de más de un tercio del consumo de energía. El estudio integra un análisis estadístico multivariado basado en datos empíricos de 67 edificios reales, así como una evaluación del ciclo de vida ambiental (E-LCA) y una evaluación del ciclo de vida social (S-LCA), para ofrecer una valoración multidimensional completa.
Hallazgos clave:
Modelo predictivo robusto: se desarrolló un modelo estadístico de alta precisión (R² ajustado = 98,26 %) para el predimensionamiento del espesor de las losas aligeradas, utilizando como variables clave el canto del aligerante, la sobrecarga de uso y el cuadrado de la luz. Este modelo ofrece una herramienta práctica para optimizar el diseño en las etapas iniciales.
Ahorro sustancial de materiales: en comparación con un sistema de losa reticular convencional con bloques de EPS (losas convencionales), el sistema VS reduce el consumo de hormigón entre un 23 % y un 33 % y el de acero de refuerzo hasta un 29 %.
Beneficios ambientales cuantificados: el sistema VS demuestra una reducción media del 25 % en el impacto ambiental total a nivel de punto final. El potencial de calentamiento global (PCG) se reduce en media en un 24 %, alcanzando un 30 % en luces de seis metros. El hormigón sigue siendo el principal contribuyente de emisiones en ambos sistemas.
Mejoras en el desempeño social: la S-LCA revela que el sistema VS disminuye los riesgos sociales hasta en un 20 % en la categoría de «Comunidad local» y en un 19 % en la de «Trabajadores». Estas mejoras se deben a una menor demanda de mano de obra en obra, a la reducción de los movimientos de materiales pesados y a una mayor seguridad laboral.
En conclusión, el estudio demuestra empíricamente que el sistema de losas aligeradas con plástico reciclado es una alternativa materialmente eficiente y sostenible que promueve los principios de la economía circular. Los resultados proporcionan una base de pruebas sólida que respalda la adopción de esta tecnología, informa sobre el desarrollo de códigos de construcción y guía las políticas públicas hacia prácticas constructivas más resilientes y con bajas emisiones de carbono.
1. Contexto: El desafío de la sostenibilidad en la construcción.
El sector de la construcción es un importante motor económico a nivel mundial, pero también uno de los principales contribuyentes al cambio climático y al agotamiento de los recursos. Es responsable de aproximadamente el 50 % del uso de materiales y del 36 % del consumo total de energía a nivel mundial. Solo la producción de cemento representa entre un 5 % y un 7 % de las emisiones globales de CO₂. Se prevé que la demanda de materiales superará los 90 mil millones de toneladas para 2050, por lo que resulta imperativo alinear las prácticas constructivas con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) en el marco de la Economía Circular (EC).
Dentro de los edificios, los forjados y las losas estructurales son los elementos que más impacto ambiental tienen debido a la gran cantidad de hormigón y acero que se emplea en su fabricación. Las innovaciones en los sistemas de losas, como los métodos modernos de construcción (MMC), son fundamentales para la descarbonización. Sin embargo, la adopción de estas tecnologías se ve obstaculizada por la falta de marcos de evaluación estandarizados que integren de manera coherente las tres dimensiones de la sostenibilidad: ambiental, social y económica. En particular, la dimensión social a menudo se pasa por alto.
2. Análisis de sistemas constructivos.
El estudio realiza una evaluación comparativa entre un sistema de losa innovador (VS) y otro convencional (CS) desde un enfoque de ciclo de vida integral.
Sistema innovador: losa aligerada biaxial (VS).
Descripción: consiste en una losa plana de hormigón armado bidireccional y sin vigas, aligerada mediante la inclusión de elementos huecos. Dichos aligerantes son esferas o discos fabricados con polietileno de alta densidad (HDPE) reciclado al 100 %. El sistema está diseñado para ser totalmente reciclable al final de su vida útil.
Configuración: Los discos se utilizan en losas de entre 16 y 28 cm de espesor, mientras que las esferas se emplean en losas de entre 28 y 42 cm de espesor. Al eliminar el hormigón no estructural del núcleo de la losa, el peso propio se reduce hasta un 35 % respecto a una losa maciza.
Ventajas: permite luces más largas, reduce las cargas sísmicas, simplifica los encofrados, acelera la ejecución y puede disminuir la altura total del edificio.
Losa aligerada biaxial (VS) mediante la inclusión de elementos huecos.
Sistema de referencia: losa convencional (CS).
Descripción: se define como una losa reticular bidireccional (también llamada «waffle») de hormigón armado, aligerada con bloques de poliestireno expandido (EPS).
Configuración: Este sistema se apoya sobre vigas y presenta nervios visibles en su cara inferior (intradós), ya que los bloques de EPS que conforman dichos nervios quedan expuestos.
3. Metodología de evaluación integrada.
El estudio emplea un marco metodológico triple para evaluar y comparar exhaustivamente los sistemas de losas. El análisis abarca «de la cuna a la tumba» y la unidad funcional se define como 1 m² de losa diseñada para 50 años de servicio.
3.1. Análisis estadístico multivariado.
Para compensar la ausencia de códigos de diseño estandarizados para el sistema VS, se ha desarrollado un modelo predictivo para dimensionar su espesor.
Base de datos: El análisis se basa en datos empíricos de 75 tipos de losas procedentes de 67 edificios reales construidos principalmente en Argentina. El conjunto de datos abarca luces de entre 5,2 y 15 metros y espesores de entre 16 y 42 centímetros.
Proceso: se realizó un análisis de regresión multivariado en tres etapas, comenzando por una regresión lineal simple y avanzando hasta un modelo más complejo que considera múltiples variables predictoras.
Validación: La solidez del modelo final se verificó mediante pruebas estadísticas, como la prueba de Durbin-Watson (para detectar autocorrelación), el análisis de residuos estudiantados (para detectar valores atípicos) y la comprobación de la homocedasticidad y la normalidad de los residuos.
3.2. Evaluación del ciclo de vida ambiental (E-LCA)
Metodología: se utilizó el método ReCiPe 2016 con una perspectiva jerárquica (H), evaluando los impactos a nivel de punto medio (18 categorías específicas) y de punto final (agrupados en tres áreas de daño: salud humana, ecosistemas y disponibilidad de recursos).
Bases de datos y software: el inventario del ciclo de vida se modeló con el programa informático OpenLCA, utilizando la base de datos Ecoinvent v3.2.
Asignación de cargas: para el plástico reciclado, se aplicó el método de asignación «cut-off», según la norma ISO 14044. Esto significa que los aligerantes de HDPE reciclado solo heredan las cargas ambientales de su propio proceso de reciclaje y no las de la producción de plástico virgen.
3.3. Evaluación del ciclo de vida social (S-LCA).
Metodología: el análisis se realizó siguiendo las directrices de UNEP/SETAC y utilizando un modelo coherente con el de la E-LCA.
Bases de datos y software: se utilizó la base de datos SOCA v2, una ampliación de Ecoinvent que adapta el marco de PSILCA (Evaluación del ciclo de vida del impacto social de los productos).
Indicadores y grupos de interés: los riesgos sociales se cuantificaron mediante el indicador de Riesgo Medio por Hora (MRH). Se evaluaron cuatro grupos de interés (trabajadores, comunidades locales, sociedad y actores de la cadena de valor) mediante veinte subcategorías relevantes para el sector de la construcción.
4. Resultados clave y hallazgos
4.1. Modelo predictivo para el predimensionamiento de losas VS.
El análisis estadístico culminó en un modelo de regresión múltiple robusto y preciso para estimar el espesor de la losa (t).
Precisión del modelo: el modelo final (ecuación 3) alcanzó un coeficiente de determinación ajustado (R²) del 98,26 %, lo que indica un poder explicativo excepcional.
Variables significativas: las variables con mayor influencia estadística en el espesor de la losa fueron las siguientes:
– Canto del aligerante de plástico (He).
– Cuadrado de la luz principal (L²).
– Sobrecarga de uso característica (Q₁).
Fórmula simplificada: para facilitar su aplicación práctica en el diseño preliminar, se derivó una fórmula simplificada (ecuación 4) que reemplaza los coeficientes decimales por fracciones simples, manteniendo una alta precisión con un margen conservador.
4.2. Resultados de la evaluación ambiental (E-LCA)
La E-LCA demuestra claras ventajas ambientales del sistema VS frente al CS.
Indicador clave
Reducción lograda por el sistema VS
Observaciones
Ahorro de hormigón
23 % – 33 %
La mayor reducción se observa en luces más cortas (6 m).
Ahorro de acero
Hasta 29 %
La mayor reducción se observa en luces de 6 m.
Potencial de calentamiento global (PCG)
24 % (promedio), hasta 30 % (luz de 6 m)
El hormigón es el principal contribuyente (53,5 % en VS, 55,8 % en CS).
Impacto ambiental total (punto final)
25 % (promedio)
Reducciones de hasta el 29 % en salud humana y del 31% en recursos.
Etapa del ciclo de vida dominante
Fabricación
Representa el 89 % del impacto total en ambos sistemas.
Análisis de punto medio: el sistema VS muestra un mejor rendimiento en 17 de las 18 categorías de impacto evaluadas. La única excepción es la categoría «Ocupación de suelo agrícola», ya que la base de datos Ecoinvent atribuye el uso del suelo a los plásticos (incluidos los reciclados). Las reducciones más notables se observan en el agotamiento de fósiles (29 %) y en la formación de oxidantes fotoquímicos (28 %).
4.3. Resultados de la evaluación social (S-LCA)
El sistema VS también genera beneficios sociales cuantificables, principalmente gracias a su eficiencia en el uso de materiales y a la simplificación de los procesos de construcción.
Principales reducciones del riesgo social:
Comunidad local: reducción de hasta un 20 % (para una luz de 6 m).
Trabajadores: reducción de hasta un 19 % a una altura de 6 m.
Causas de las mejoras: estas reducciones se deben a la disminución de las horas de trabajo en obra, a la reducción del transporte y del movimiento de materiales pesados y a una menor exposición a riesgos laborales.
Focos de riesgo del sector: para ambos sistemas, las categorías con mayor riesgo social son:
Trabajadores: factores relacionados con la carga de trabajo, como las contribuciones a la Seguridad Social, los riesgos de trabajo infantil y los gastos sindicales (77 % del impacto en el VS).
Sociedad: la falta de educación es el factor predominante (76 % del impacto en ambos casos)
5. Implicaciones, limitaciones y conclusiones
Este estudio aporta una validación empírica rigurosa que demuestra que el sistema de losas aligeradas con plástico reciclado constituye un avance significativo hacia una construcción circular y de bajo carbono.
Implicaciones clave:
Para diseñadores e ingenieros, el modelo de predimensionamiento ofrece una herramienta fiable para acelerar la toma de decisiones en las primeras fases del diseño, optimizar el uso de materiales sin comprometer la seguridad.
Para la industria y los reguladores, los datos cuantitativos sobre los beneficios ambientales y sociales pueden informar la creación de nuevos códigos de construcción, guías de diseño y políticas de compra pública verde que incentiven la adopción de la construcción modular.
Contribución a la economía circular: el sistema no solo reduce el consumo de materiales vírgenes, sino que también otorga un uso de alto valor a los residuos de plástico HDPE, inmovilizándolos de forma segura en la estructura del edificio durante décadas y evitando que contaminen los ecosistemas.
Limitaciones reconocidas:
Análisis económico: no se realizó una evaluación del coste del ciclo de vida (LCCA) debido a la falta de datos económicos detallados, lo cual es crucial para su adopción en el mercado.
Contexto geográfico: la mayoría de los casos de estudio (63 de 67) provienen de Argentina, por lo que los resultados reflejan las prácticas constructivas y la combinación energética de este país. Para extrapolar los resultados a otras regiones, sería necesario validarlos con datos locales.
Alcance del análisis: el estudio se centra en el componente (1 m² de losa) y no cuantifica los impactos per cápita según la tipología de vivienda.
Conclusión final:
El sistema de losas aligeradas (VS) con plástico reciclado es una tecnología superior en términos de sostenibilidad multidimensional en comparación con un sistema convencional. Al combinar un análisis estructural empírico con una evaluación medioambiental y social exhaustiva, esta investigación aporta las pruebas necesarias para superar las barreras normativas y acelerar la transición hacia un entorno construido más eficiente en el uso de los recursos, socialmente responsable y alineado con los objetivos de sostenibilidad global.
A continuación, os paso una entrevista que me hicieron recientemente en Construnews sobre las infraestructuras en España. Forma parte de una serie de entrevistas a personas relacionadas directamente con el sector de la construcción. Espero que os resulte interesante.
“Hay que reingenierizar el modelo de financiación, ejecutar estratégicamente los corredores ferroviarios y desbloquear el suelo para vivienda asequible”
¿Cómo valora el estado actual de las infraestructuras en España (transporte, energía, digitalización, logística)? ¿Cuáles son, a su juicio, los principales retos de país en los próximos 5‑10 años?
La valoración del estado actual de las infraestructuras españolas indica que el notable patrimonio de ingeniería civil presenta síntomas claros de desequilibrio, ya que el modelo se ha centrado excesivamente en la construcción de nuevas infraestructuras de muy alta capacidad, dejando en un segundo plano la conservación preventiva y correctiva de la red existente. En el ámbito viario, los firmes están deteriorados y los sistemas de contención y señalización están obsoletos. En el sector ferroviario, el éxito de la alta velocidad contrasta con la situación de la red convencional y de cercanías, que necesita atención debido a la falta de renovación de los sistemas de seguridad y de las catenarias, lo que provoca incidencias. Además, el hecho de que el ancho de vía sea diferente al de Europa sigue suponiendo un desafío para el transporte de mercancías. El reto más significativo es, por un lado, abordar la vivienda como un problema social y estructural prioritario a nivel nacional, dado el creciente difícil acceso de la población joven y de rentas medias. Por otro lado, la vulnerabilidad ante la emergencia climática, especialmente en lo referente a la gestión del agua, es crítica, por lo que existe una urgencia en materia de defensa contra inundaciones. Gran parte de los sistemas de drenaje se diseñaron basándose en series estadísticas que han quedado obsoletas, y no se está invirtiendo lo suficiente en modernizar las infraestructuras hidráulicas para soportar nuevos caudales punta.
¿Qué segmentos infraestructurales ofrecen mayor potencial de crecimiento para el sector de la construcción y la ingeniería? ¿Y cuáles están quedando fuera del foco?
La inversión se centra en una transición estructural que se está desplazando de la expansión territorial a la intensificación, la digitalización y la resiliencia. El principal motor de crecimiento es la transición energética, ya que la integración masiva de las energías renovables exige un ambicioso programa de refuerzo, digitalización y almacenamiento de la red eléctrica a gran escala. La necesidad de dotar al sistema de baterías industriales y de sistemas de bombeo reversible supone la aparición de un nuevo y gran nicho de mercado. El desarrollo urgente de vivienda asequible y social también se perfila como un segmento clave para el crecimiento del sector. La crisis hídrica convierte la reingeniería hidráulica en un sector estratégico, ya que la oportunidad radica en crear una nueva oferta hídrica mediante desaladoras y sistemas de tratamiento avanzado para la reutilización de aguas residuales, junto con la renovación de las redes de distribución para reducir las pérdidas por fugas. La ingeniería logística crecerá en la dotación de terminales intermodales y en la adaptación de las líneas de transporte al ancho de vía estándar europeo. No obstante, la priorización de grandes proyectos deja en un segundo plano segmentos cruciales para la cohesión. El mantenimiento de las carreteras de titularidad autonómica y provincial es un problema pendiente, al igual que la renovación de los sistemas de señalización del ferrocarril de cercanías. La falta de atención a las pequeñas obras de defensa hidráulica a nivel local (drenajes, encauzamientos) también es crítica.
El déficit de conservación lastra la red existente: señales obsoletas, firmes deteriorados y falta de mantenimiento.
¿Cómo evalúa la coordinación entre administraciones, sector privado y financiación (incluyendo fondos europeos)? ¿Qué mecanismos están funcionando y cuáles habría que reforzar?
La coordinación administrativa presenta una diferencia entre la solidez de la planificación de alto nivel y la lentitud de la fase de materialización. Aunque existe un consenso técnico adecuado y el sector privado ha demostrado su capacidad de ejecución, la principal fricción se debe a la fragmentación administrativa a nivel local y a la superposición de competencias en la financiación del mantenimiento de las redes. Esta situación provoca cuellos de botella en los trámites de expropiación y licencias. La llegada de los fondos europeos de recuperación ha supuesto una inyección de capital necesaria y ha dotado a la inversión de una clara orientación hacia la descarbonización. No obstante, ha puesto de manifiesto la necesidad de reforzar la capacidad administrativa para absorber y licitar el volumen de capital. El mayor riesgo económico es que esta financiación sustituya a la inversión ordinaria en conservación en lugar de complementarla. Para garantizar la sostenibilidad, es necesario establecer mecanismos que separen la gestión técnica del ciclo político. La propuesta más proactiva consiste en crear una Agencia Técnica de Proyectos Estratégicos que tenga autonomía para ejecutar obras de impacto nacional de forma ágil. En cuanto a la financiación, es fundamental sustituir el modelo presupuestario anual por contratos-programa plurianuales y de carácter finalista para la conservación.
Más allá de los discursos, ¿cómo se está incorporando la sostenibilidad en el diseño, ejecución y explotación de infraestructuras? ¿Podría compartir un caso inspirador o representativo?
La sostenibilidad ha dejado de ser un mero postulado ético para convertirse en un requisito técnico y normativo que rediseña el ciclo de vida de las infraestructuras. La ingeniería actual integra este concepto desde la fase de planificación, exigiendo el análisis del ciclo de vida de los activos para cuantificar y minimizar la huella de carbono de los materiales. Esto se traduce en una preferencia técnica por el uso de hormigones y asfaltos con un alto porcentaje de material reciclado y por la implementación de soluciones basadas en la naturaleza. Durante la ejecución, la sostenibilidad se centra en la economía circular mediante la obligación contractual de reutilizar y reciclar in situ los materiales de demolición. Durante la fase de explotación, la sostenibilidad se vincula a la eficiencia: la digitalización mediante sensores permite un mantenimiento predictivo que alarga la vida útil de los activos. Un ejemplo representativo de esta integración es la reingeniería hídrica en zonas con estrés hídrico. Se han desarrollado sistemas de regeneración de aguas residuales con tratamientos terciarios avanzados que permiten cerrar el ciclo del agua y producir un recurso predecible. Este proceso, que requiere mucha energía, se gestiona de forma sostenible al generarse energía a partir de biogás o energía solar.
La transición energética y la ingeniería del agua abren nuevos nichos clave para el sector.
Las infraestructuras ya no son solo estructuras físicas: mantenimiento predictivo, digital twins, infraestructura como servicio… ¿Cuál es su visión sobre esta transformación? ¿Qué proyectos le parecen referentes?
La ingeniería de infraestructuras ha superado la fase de la mera estructura física para transformarse en un sistema dinámico de información y servicio. El enfoque ha cambiado del coste de construcción a la eficiencia operativa a largo plazo. Esta revolución se basa en tres pilares: la monitorización masiva de activos para el mantenimiento predictivo, la creación del gemelo digital, que simula el comportamiento de la infraestructura ante escenarios de estrés, y la adopción del concepto de infraestructura como servicio, que fomenta la colaboración público-privada para construir sistemas duraderos. El gemelo digital es la herramienta clave, ya que permite realizar ensayos virtuales de resiliencia y ampliación sin afectar al activo físico. España está a la vanguardia en la aplicación práctica de esta tecnología. Un ejemplo destacado es la gestión de los túneles de la red de carreteras de alta capacidad, donde la iluminación y la ventilación se ajustan dinámicamente en tiempo real. Otro caso inspirador es el del sector ferroviario, donde el modelado virtual se utiliza para gestionar activos críticos, como la catenaria y los puentes, y simular el impacto físico para anticiparse a la probabilidad de fallo.
En un entorno de alta inversión pública y necesidad de eficiencia, ¿cómo se está calculando y midiendo el ROI en infraestructuras? ¿Podría compartir ejemplos reales o estimaciones? ¿Qué factores lo están condicionando más?
La medición de la rentabilidad de la inversión pública se centra en el retorno social de la inversión, desvinculándose del retorno financiero privado. El cálculo se realiza mediante el análisis coste-beneficio socioeconómico, cuyo principal indicador es el valor actual neto social (VAN social). El mantenimiento preventivo es el segmento con mayor y más estable rentabilidad social; los informes técnicos demuestran que por cada euro invertido en conservación oportuna se evitan entre cuatro y cinco euros en costes de reparación o reconstrucción futura. En contraste, la alta velocidad ferroviaria genera una Tasa Interna de Retorno Social significativa (a menudo superior al 8 %), pero su rentabilidad financiera es insuficiente. La precisión del cálculo se ve comprometida por la sobreestimación recurrente de las previsiones de demanda en las fases iniciales de muchos proyectos. Otros factores críticos son la dificultad para valorar monetariamente las externalidades blandas y los retrasos en la ejecución de la obra, ya que estos elevan el coste final y reducen la rentabilidad esperada.
A raíz de las últimas iniciativas de Bruselas (como el plan para conectar capitales europeas por alta velocidad), ¿qué papel debería jugar España en el nuevo mapa europeo? ¿Estamos preparados o en riesgo de quedar fuera?
El impulso de Bruselas para consolidar la Red Transeuropea de Transporte otorga a España un doble papel estratégico: eje principal de conexión de alta velocidad para viajeros y plataforma logística clave para canalizar el tráfico de mercancías. Sin embargo, a pesar de tener una de las redes de alta velocidad más extensas, España corre el riesgo de quedar menos integrada en el mapa logístico por una barrera técnica: el uso mayoritario del ancho de vía ibérico. Esta diferencia limita la competitividad del transporte de mercancías por ferrocarril. Si no se completa la adecuación al ancho de vía internacional de los corredores Mediterráneo y Atlántico antes de las fechas límite, existe el riesgo de que las mercancías elijan rutas alternativas. Para evitar una menor integración, es necesario reingenierizar los procesos de licitación pública para agilizar la ejecución de la inversión y centrarla en finalizar estos corredores clave y crear los nodos logísticos interiores.
Pensando en todos los modos —carretera, ferrocarril, puertos, aeropuertos, redes logísticas y digitales—, ¿qué ejes o áreas infraestructurales deberían ser prioritarios para mejorar la competitividad y cohesión territorial en España?
La inversión estratégica para mejorar la competitividad y la cohesión territorial debe resolver los cuellos de botella y priorizar la seguridad. El primer eje ineludible se centra en la intermodalidad y la logística de mercancías. Es de máxima prioridad estratégica completar la adaptación de los corredores mediterráneo y atlántico al ancho de vía internacional. El segundo gran eje es la vivienda, cuya provisión masiva y asequible es crucial para la cohesión social y para facilitar la movilidad laboral en zonas de alta demanda. El tercer eje fundamental es la seguridad y el abastecimiento hídrico. La respuesta a la sequía estructural pasa por invertir en infraestructuras que no dependan de las precipitaciones, como la regeneración de aguas residuales mediante un tratamiento avanzado y la ampliación de las plantas desaladoras. También es crucial invertir en obras de defensa y drenaje en cuencas fluviales para proteger a las poblaciones de las avenidas extremas. El cuarto eje se centra en la cohesión a través de la calidad del servicio. Es fundamental saldar el grave déficit de conservación acumulado en la red de carreteras de titularidad autonómica y provincial, que son vitales para la vertebración de la España rural. En cuanto a la prioridad digital, el objetivo es cerrar la brecha y garantizar la cobertura universal de banda ancha ultrarrápida en todos los municipios.
La sostenibilidad ya no es discurso: se mide, se diseña y se exige en todas las fases del ciclo de vida.
El aumento de costes de materiales, la tramitación lenta o la falta de personal cualificado afectan a las infraestructuras. ¿Qué medidas urgentes propondría para desbloquear estos frenos?
La alta inversión pública se ve obstaculizada por tres frenos principales: la volatilidad de los costes, la complejidad administrativa y la necesidad de reforzar el talento. La medida más urgente para hacer frente a la volatilidad de los precios es implementar un sistema de revisión contractual objetivo, automático y no discrecional. Esta medida debe complementarse con la posibilidad de que la Administración adquiera con antelación materiales estratégicos para proyectos clave. Para combatir la lentitud en la tramitación, es imperativo crear Unidades de Gestión de Proyectos Estratégicos que actúen como ventanilla única y coordinen los plazos de licencias y expropiaciones entre las distintas administraciones. Por último, para abordar la falta de personal cualificado, la Administración debe ofrecer condiciones salariales y de progresión profesional más competitivas. Es crucial que la normativa de contratación pública flexibilice la valoración y permita que la calidad técnica y la experiencia del equipo pesen más que el precio en los concursos de servicios de ingeniería.
Si pudiera proponer tres decisiones inmediatas que mejoren las infraestructuras españolas a corto y medio plazo, ¿cuáles serían y por qué?
La mejora de las infraestructuras españolas a corto y medio plazo requiere tomar cuatro decisiones de alto impacto ineludibles. La primera es la reingeniería del modelo de financiación del mantenimiento. Hay que establecer un sistema de contratos programa plurianuales para la conservación de la red de carreteras de alta capacidad y de ferrocarril. La segunda decisión ineludible se centra en la ejecución estratégica y la interoperabilidad. Es urgente crear una unidad ejecutora especializada y con autonomía técnica que se encargue de gestionar de manera integral y acelerada los corredores ferroviarios Mediterráneo y Atlántico. Esta medida resolvería el cuello de botella técnico del ancho de vía y garantizaría el cumplimiento de los plazos exigidos por la Unión Europea para 2030. La tercera decisión debe abordar la gestión eficiente del suelo y la construcción de viviendas asequibles, simplificando los trámites urbanísticos y movilizando suelo público de manera inmediata para aumentar el parque de viviendas sociales. Por último, la cuarta decisión debe resolver los frenos de la gestión: la volatilidad de los costes y la falta de talento. Es imprescindible revisar automáticamente los precios de los contratos de obra pública. De forma complementaria, es necesario modificar la normativa de contratación pública para que, en los servicios de ingeniería, la calidad técnica y la experiencia del equipo humano pesen más que el precio ofertado.
Digital twins, mantenimiento predictivo e infraestructuras como servicio: el futuro ya está en marcha.
Os dejo una conversación donde se habla de estos temas.
En este vídeo se resumen algunas de las ideas principales sobre las infraestructuras en España.
De izquierda a derecha: Fermín Navarrina, Víctor Yepes, Iván Negrín, Tatiana García y Rasmus Rempling.
Hoy, 19 de diciembre de 2025, ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Iván Antonio Negrín Díaz, titulada “Metaheuristic optimization for the sustainable and resilient design of hybrid and composite frame building structures with advanced integrated modeling”, dirigida por los profesores Víctor Yepes y Moacir Kripka. La tesis ha obtenido la máxima calificación de sobresaliente «cum laude». A continuación, presentamos un breve resumen de la misma.
El cambio climático y la rápida expansión de las áreas urbanas han intensificado el impacto ambiental del sector de la construcción, responsable de cerca del 37 % de las emisiones globales de CO₂ y de más de un tercio del consumo energético mundial. Por tanto, mejorar la sostenibilidad y la resiliencia de las estructuras de edificios se ha convertido en una prioridad esencial, plenamente alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. Esta tesis doctoral aborda este reto mediante el desarrollo de un marco de diseño optimizado que permite obtener soluciones innovadoras, sostenibles y resilientes para estructuras porticadas.
El objetivo principal de la investigación es crear y validar metodologías avanzadas que integren tipologías estructurales híbridas y mixtas con estrategias de optimización de vanguardia apoyadas en modelos estructurales de alta fiabilidad. Para ello, se formulan problemas de optimización que consideran conjuntamente criterios económicos, ambientales, constructivos, de durabilidad y de seguridad estructural, e incorporan, además, aspectos frecuentemente ignorados, como la interacción suelo-estructura, la robustez frente al colapso progresivo y el desempeño ambiental a lo largo del ciclo de vida de la estructura. Entre los objetivos específicos, destacan los siguientes: evaluar metaheurísticas avanzadas y técnicas de optimización asistida por metamodelos; cuantificar los riesgos de modelos estructurales simplificados; integrar la resiliencia como restricción de diseño; valorar los beneficios de tipologías híbridas y mixtas; explorar estrategias de optimización multiobjetivo; y comparar enfoques de diseño basados en fases iniciales y en el ciclo de vida.
Los resultados muestran que las estrategias metaheurísticas avanzadas y asistidas por metamodelos (como BBO-CINS, enfoques basados en Kriging y Optimización Escalarizada de Pareto) superan claramente a los algoritmos tradicionales, ya que logran reducciones de hasta el 90 % en el coste computacional en problemas de un solo objetivo y mejoras de hasta el 140 % en la calidad del frente de Pareto en problemas de varios objetivos. Asimismo, se evidencia el riesgo de simplificar en exceso los modelos estructurales: omitir aspectos críticos, como la interacción suelo-estructura o los elementos secundarios (forjados, muros), puede distorsionar el diseño, comprometer la seguridad (por ejemplo, al subestimar la resistencia al colapso) y aumentar los impactos ambientales a largo plazo, debido al deterioro acelerado y a las mayores necesidades de mantenimiento. También se demuestra que, al incorporar la resiliencia como restricción de diseño en lugar de tratarla como un objetivo de optimización, es posible mejorar la robustez frente al colapso progresivo sin perjudicar la sostenibilidad y reducir la carga ambiental del diseño robusto en torno al 11 % al considerar elementos estructurales secundarios.
A nivel de componentes estructurales, la optimización de las vigas de acero soldadas confirmó las ventajas de la hibridación y de las geometrías variables, lo que dio lugar a la tipología Transversely Hybrid Variable Section (THVS), que reduce los costes de fabricación hasta en un 70 % respecto a las vigas I convencionales. Su integración en pórticos compuestos de hormigón armado y elementos THVS proporcionó mejoras adicionales en sostenibilidad, con reducciones del 16 % en emisiones y del 11 % en energía incorporada en las fases iniciales de diseño, y hasta un 30 % en emisiones de ciclo de vida en comparación con los sistemas tradicionales de hormigón armado. La inclusión de forjados y muros estructurales amplificó estos beneficios, reduciendo los impactos del ciclo de vida hasta en un 42 % respecto a configuraciones de pórticos en las que solo el esqueleto trabaja estructuralmente (omitiendo forjados y muros).
En conjunto, esta tesis demuestra que las metodologías de diseño basadas en la optimización, apoyadas en modelos estructurales realistas y en estrategias computacionales avanzadas, permiten concebir edificios que, al mismo tiempo, son más sostenibles y resilientes. Al resaltar las ventajas de las tipologías híbridas y mixtas e integrar la resiliencia sin comprometer la sostenibilidad, la investigación establece un marco claro para el diseño contemporáneo. Además, al enfatizar la optimización a lo largo de todo el ciclo de vida, ofrece una base metodológica sólida para impulsar una nueva generación de edificaciones alineadas con los objetivos globales de sostenibilidad y de acción climática.
Acaban de publicar nuestro artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer cuartil del JCR), en el que se propone un método directo y más riguroso para calcular el módulo de balasto en losas de cimentación, que incorpora un nuevo enfoque de seguridad y criterios de sostenibilidad para mejorar el diseño suelo-estructura.
Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal, junto con el profesor Julián Alcalá, en la Universitat Politècnica de València.
En las últimas décadas, el diseño de cimentaciones ha evolucionado hacia soluciones más seguras, eficientes y sostenibles. Sin embargo, el módulo de balasto vertical (Ks), uno de los parámetros más utilizados en la modelización del contacto suelo-estructura, sigue empleándose en muchos proyectos como si se tratara de una propiedad intrínseca del terreno. El artículo analizado sugiere un cambio de paradigma en esta práctica, al introducir un método directo para estimar Ks a partir de la relación carga-asentamiento, así como un nuevo marco de seguridad orientado al diseño sostenible. Esta aportación es especialmente relevante en el caso de las cimentaciones tipo losa, habituales en edificios y estructuras industriales.
El estudio parte de una cuestión fundamental: ¿cómo se puede estimar de forma rigurosa el módulo de balasto vertical (Ks) en losas de cimentación, considerando parámetros geotécnicos habitualmente ignorados y, al mismo tiempo, integrando criterios de sostenibilidad y seguridad en el diseño?
Esta cuestión surge de las deficiencias detectadas en los métodos indirectos y semidirectos que se emplean comúnmente, ya que no consideran aspectos clave como la profundidad de la influencia o los efectos de compensación de cargas.
Los autores desarrollan una metodología directa que combina varias herramientas avanzadas de análisis geotécnico:
Teoría del semiespacio elástico para representar el comportamiento del terreno.
Análisis de asientos por capas, con el fin de capturar la variabilidad en profundidad.
Mecánica de consolidación basada en ensayos edométricos, que permite incorporar la respuesta deformacional del suelo bajo carga.
Consideración explícita de la profundidad de la influencia y de la compensación de cargas, factores que rara vez se incluyen en los métodos tradicionales.
Con este planteamiento, se obtiene directamente un valor de Ks coherente con los principios de la energía elástica y adecuado para modelos avanzados de interacción suelo-estructura. El valor resultante, 5,30 MN/m³, se sitúa entre los límites inferiores y superiores calculados, lo que confirma la consistencia del método.
El estudio no se limita al aspecto puramente geotécnico, sino que también integra una evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida de tres alternativas de losa de hormigón armado. Para ello, combina un proceso jerárquico analítico neutrosófico (NAHP-G) con el método de decisión multicriterio ELECTRE III, considerando dimensiones estructurales, ambientales y socioeconómicas.
Además, se introduce un coeficiente de seguridad específico para Ks, calibrado para considerar la variabilidad espacial del subsuelo y mejorar el diseño en términos de servicio.
Los resultados del trabajo son especialmente significativos:
El método directo permite obtener un Ks más representativo del comportamiento real del terreno y de la losa bajo carga.
El nuevo coeficiente de seguridad proporciona un diseño más fiable y coherente con la incertidumbre del subsuelo.
Se logra una mejora de 2,5 veces en el índice de seguridad social y una reducción del 50 % en los impactos ambientales respecto a metodologías convencionales.
El estudio redefine Ks como una variable de diseño, no como una constante del suelo, corrigiendo así décadas de uso inapropiado en la ingeniería geotécnica.
Las conclusiones del artículo tienen un impacto directo en la práctica profesional:
Mejora del diseño de losas: el método permite ajustar mejor los modelos numéricos y evitar tanto el sobredimensionamiento como los fallos por asientos excesivos.
Integración de la sostenibilidad en fases tempranas del proyecto: el marco NAHP-G + ELECTRE IS proporciona una herramienta objetiva para comparar alternativas de cimentación no solo por criterios técnicos, sino también por criterios ambientales y sociales.
Mayor seguridad y fiabilidad: el nuevo coeficiente de seguridad para Ks ayuda a gestionar la incertidumbre y aumenta los márgenes de seguridad de forma cuantificada.
Aplicación en proyectos con elevada heterogeneidad del terreno: el enfoque resulta especialmente útil en suelos con variabilidad marcada, donde los métodos simplificados generan resultados poco fiables.
La Universitat Politècnica de València (UPV) ha obtenido un reconocimiento destacado europeo al ganar el premio al mejor proyecto en la categoría «AI for Sustainable Development» de la European Universities Competition on Artificial Intelligence, organizada por la HAW Hamburg.
El trabajo galardonado, desarrollado en el ICITECH por el doctorando Iván Negrín, demuestra cómo la inteligencia artificial puede transformar el diseño estructural para hacerlo más sostenible y resiliente, con reducciones de hasta un 32 % en la huella de carbono respecto a los sistemas convencionales. Este logro posiciona a la UPV como un referente europeo en innovación ética e impacto y reafirma su compromiso con la búsqueda de soluciones frente al cambio climático y al desarrollo insostenible.
El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. La tesis doctoral de Iván la dirigen los profesores Víctor Yepes y Moacir Kripka.
Introducción: El dilema de la construcción moderna.
La industria de la construcción se enfrenta a un reto monumental: edificar las ciudades del futuro sin agotar los recursos del presente. El enorme impacto medioambiental de los materiales y procesos tradicionales, especialmente las emisiones de CO₂, es uno de los problemas más acuciantes de nuestra era.
¿Y si la solución a este problema no radicara en un nuevo material milagroso, sino en una nueva forma de pensar? ¿Y si la inteligencia artificial (IA) pudiera enseñarnos a construir de manera mucho más eficiente y segura?
Esa es precisamente la hazaña que ha logrado un innovador proyecto de la Universitat Politècnica de València (UPV). Su enfoque es tan revolucionario que acaba de ganar un prestigioso premio europeo, lo que demuestra que la IA ya no es una promesa, sino una herramienta tangible para la ingeniería sostenible.
Clave 1: una innovación europea premiada al más alto nivel.
Este no es un proyecto académico cualquiera. La investigación, dirigida por el doctorando Iván Negrín del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la UPV, ha recibido el máximo reconocimiento continental.
Inicialmente seleccionado como uno de los diez finalistas, el proyecto tuvo que defenderse en una presentación final ante un jurado de expertos. Tras la deliberación del jurado, el proyecto fue galardonado como el mejor en la categoría «AI for Sustainable Development Projects» de la competición «European Universities Competition on Artificial Intelligence to Promote Sustainable Development and Address Climate Change», organizada por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo (HAW Hamburg). Este reconocimiento consolida la reputación del proyecto en el ámbito de la innovación europea.
Clave 2: adiós al CO₂: reduce la huella de carbono en más del 30 %.
El resultado más impactante de esta investigación es su capacidad para abordar el principal problema medioambiental del sector de la construcción: las emisiones de carbono. La plataforma de diseño asistido por IA puede reducir la huella de carbono de los edificios de manera significativa.
En concreto, consigue una reducción del 32 % de la huella de carbono en comparación con los sistemas convencionales de hormigón armado, que ya habían sido optimizados. Esta reducción abarca todo el ciclo de vida del edificio, desde la extracción de materiales y la construcción hasta su mantenimiento y su eventual demolición.
En un sector tan difícil de descarbonizar, un avance de esta magnitud, impulsado por un diseño inteligente y no por un nuevo material, supone un cambio de paradigma fundamental para la ingeniería sostenible.
Clave 3: Rompe el mito: más sostenible no significa menos resistente.
Uno de los aspectos más revolucionarios del proyecto es la forma en que resuelve un conflicto histórico en ingeniería: la sostenibilidad frente a la resiliencia. La IA ha superado la barrera que obligaba a elegir entre usar menos material para ser sostenible o más material para ser resistente.
En una primera fase, el modelo optimizó estructuras mixtas de acero y hormigón (denominadas técnicamente RC-THVS) para que fueran altamente sostenibles, aunque con una resiliencia baja. Lejos de detenerse, la IA iteró sobre su propio diseño y, en una evolución posterior (RC-THVS-R), logró una solución altamente sostenible y resiliente frente a eventos extremos.
La metodología desarrollada permite compatibilizar la sostenibilidad y la resiliencia, superando el tradicional conflicto entre ambos objetivos.
Clave 4: Ahorro desde los cimientos. Menos costes, energía y materiales.
Los beneficios de esta IA no solo benefician al planeta, sino también al bolsillo y a la eficiencia del proyecto. La optimización inteligente de las estructuras se traduce en ahorros tangibles y medibles desde las primeras fases de la construcción.
Los datos demuestran un ahorro significativo en múltiples frentes:
-16 % de energía incorporada.
-6 % de coste económico.
– Reducción del 17 % de las cargas transmitidas a columnas y cimentaciones.
Este último punto es clave. Una menor carga en los cimientos no solo supone un ahorro directo de materiales, sino que tiene un efecto cascada en materia de sostenibilidad: al usar menos hormigón, se reduce la cantidad de cemento empleado, uno de los principales generadores de CO₂ a nivel mundial.
Clave 5: un enfoque versátil para las ciudades del futuro (y del presente).
La aplicación de esta metodología no se limita a los grandes edificios de nueva construcción. Su versatilidad la convierte en una herramienta estratégica para el desarrollo urbano integral.
Puede aplicarse a infraestructuras de transporte, como puentes y pasarelas, para minimizar su impacto ambiental. También es fundamental para la rehabilitación de estructuras existentes, ya que permite optimizar su seguridad y reducir las emisiones asociadas a los refuerzos.
Este enfoque se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU, concretamente con los ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura), 11 (Ciudades y comunidades sostenibles) y 13 (Acción por el clima).
Conclusión: construyendo un futuro inteligente.
Este proyecto de la UPV demuestra que la inteligencia artificial ha dejado de ser una tecnología futurista para convertirse en una herramienta imprescindible en la ingeniería civil. Ya no se trata de promesas, sino de soluciones prácticas que resuelven problemas reales, medibles y urgentes.
La capacidad de diseñar estructuras más baratas, ecológicas, seguras y resistentes abre un nuevo capítulo en la construcción.
¿Estamos a las puertas de una nueva era en la ingeniería en la que la sostenibilidad y la máxima seguridad ya no son objetivos contrapuestos, sino aliados inseparables gracias a la inteligencia artificial?
En futuros artículos, explicaremos con más detalle el contenido de este proyecto ganador. De momento, os dejo una conversación que lo explica muy bien y un vídeo que resume lo más importante. Espero que os resulte interesante.
Os dejo un documento resumen, por si queréis ampliar la información.
Figura 1. Control del nivel freático. https://www.flickr.com/photos/wsdot/4997287082/
En este artículo se analiza un documento anexo al final: una guía formal de drenaje que detalla las lecciones aprendidas durante un proyecto de ingeniería civil excepcionalmente complejo en Christchurch (Nueva Zelanda), que se llevó a cabo de 2011 a 2016 tras un terremoto. Proporciona un marco para evaluar, diseñar e implementar el drenaje en programas de reconstrucción de infraestructuras o de recuperación tras desastres naturales, con énfasis en las prácticas de construcción y la geología local.
La guía examina diversos sistemas de control del nivel freático, como sumideros, sistemas de well-points y pozos, y ofrece criterios para seleccionar los métodos según la permeabilidad del suelo y la profundidad de la excavación. Además, establece un sistema para determinar la categoría de riesgo de un proyecto de drenaje y describe las medidas necesarias para mitigar los efectos ambientales y prevenir la subsidencia del terreno.
1.0 Introducción y principios fundamentales.
1.1 La importancia crítica del control del agua subterránea.
El control del nivel freático es un factor determinante para el éxito de cualquier proyecto de construcción que implique excavaciones. Una gestión inadecuada o la ausencia de un control efectivo puede comprometer gravemente la estabilidad de las excavaciones, la integridad de las estructuras permanentes y, en última instancia, la viabilidad económica y temporal del proyecto. El agua subterránea no controlada puede generar riesgos geotécnicos significativos, como la tubificación (piping), que es la erosión interna del suelo por el flujo de agua; el levantamiento del fondo (uplift), causado por presiones ascendentes que superan el peso del suelo en la base de la excavación, y una reducción general de la estabilidad del suelo, que puede provocar fallos en los taludes. Este manual recopila las lecciones aprendidas durante el programa de reconstrucción de la infraestructura de Christchurch (SCIRT), en el que la gestión del agua subterránea en condiciones geotécnicas complejas y tras el sismo fue un desafío diario y crítico para el éxito del proyecto. Estos fenómenos no solo suponen una amenaza para la seguridad de los trabajadores, sino que también pueden ocasionar daños en infraestructuras adyacentes y provocar retrasos y sobrecostes considerables.
Figura 2. Rotura de fondo o tapozano
1.2. Propósito y alcance del manual.
El manual proporciona una guía práctica y un proceso normalizado para evaluar, seleccionar, diseñar y monitorizar los sistemas de drenaje en obras de construcción. Con base en las enseñanzas extraídas de proyectos de infraestructura complejos, este documento pretende dotar a los ingenieros y gerentes de proyecto de las herramientas necesarias para prever y gestionar los desafíos relacionados con el nivel freático. El objetivo final es reducir los costes y los retrasos asociados a problemas imprevistos mediante una planificación proactiva y un diseño técnico riguroso de las obras temporales de drenaje.
Este manual aborda el ciclo completo de la gestión del agua subterránea en la construcción e incluye:
El contexto geológico y su influencia directa en las estrategias de desagüe.
Los sistemas de control del nivel freático disponibles, sus aplicaciones y limitaciones.
La mitigación de los efectos ambientales y el cumplimiento de las normativas vigentes.
Un marco para la evaluación sistemática de riesgos y la planificación de contingencias.
El documento se centra principalmente en los métodos de control del nivel freático, que consisten en interceptar y extraer el agua subterránea mediante bombeo. También se mencionan brevemente los procedimientos de contención, como las tablestacas o los muros pantalla, que buscan bloquear el flujo de agua hacia la excavación.
Figura 3. Combinación de pantallas con (a) bombeo convencional o (b) barreras horizontales. Adaptado de Cashman y Preene (2012)
1.3. Importancia del contexto geológico.
Análisis de acuíferos: una comprensión fundamental de la hidrogeología del emplazamiento es el pilar de cualquier diseño de un drenaje. Es crucial identificar la naturaleza de los acuíferos presentes, ya sean confinados, no confinados o artesianos. La fuente del agua (por ejemplo, la infiltración de lluvia o la recarga de un río) y la presión a la que se encuentra determinan directamente la selección y la eficacia del sistema de drenaje. Por ejemplo, un acuífero confinado o artesiano puede ejercer una presión ascendente significativa, lo que requiere métodos de control más robustos que los de un simple acuífero no confinado. Este conocimiento también es importante para planificar y evitar impactos no deseados en el entorno, como la afectación de pozos de agua cercanos o la inducción de asentamientos en estructuras adyacentes.
Análisis del perfil del suelo: el comportamiento del agua subterránea está intrínsecamente ligado a las propiedades del suelo. La permeabilidad del suelo, es decir, su capacidad para permitir el paso del agua, es el factor más crítico, ya que determina la facilidad con la que se puede extraer agua mediante bombeo.
Gravas y arenas limpias: son altamente permeables y ceden agua con facilidad, pero pueden generar grandes caudales de entrada.
Limos y arcillas: presentan baja permeabilidad, ceden agua muy lentamente y son susceptibles a la consolidación y al asentamiento cuando se reduce la presión del agua.
Suelos estratificados: la presencia de capas alternas de alta y baja permeabilidad puede crear condiciones complejas, como acuíferos colgados, que requieren un diseño cuidadoso para su drenaje eficaz.
Síntesis de los desafíos geotécnicos: la interacción entre la geología local y las actividades de construcción genera una serie de desafíos específicos que deben anticiparse.
Tabla 1: Desafíos geotécnicos comunes y sus implicaciones.
Desafío geotécnico
Implicaciones para las operaciones de drenaje
Presencia de turba y suelos orgánicos
Estos suelos tienen un alto contenido de agua y son muy compresibles. El drenaje puede provocar asentamientos significativos y dañar la infraestructura cercana. Por ello, es necesario realizar una evaluación de riesgos muy cuidadosa y un seguimiento de los asentamientos.
Gravas superficiales
Las capas de grava poco profundas pueden complicar la instalación de sistemas como los well-points y generar volúmenes de entrada de agua muy elevados que superen la capacidad de los sistemas de bombeo estándar.
Riesgo de encontrar condiciones artesianas
La intercepción de un acuífero artesiano puede provocar un flujo de agua incontrolado hacia la excavación, lo que conlleva un riesgo de inundación, levantamiento del fondo y fallo catastrófico. Por ello, es necesario realizar una investigación geotécnica exhaustiva y elaborar un plan de contingencia robusto.
Niveles freáticos variables
Los niveles freáticos pueden fluctuar estacionalmente o en respuesta a eventos de lluvia. El diseño debe ser capaz de manejar el nivel freático más alto esperado, considerando que las variaciones estacionales en Christchurch pueden alcanzar hasta 3 metros.
Por lo tanto, la comprensión profunda del contexto geológico es el primer paso indispensable para realizar una evaluación sistemática de los riesgos y diseñar un sistema de control del nivel freático adecuado.
2.0 Evaluación previa a la construcción y al análisis de riesgos.
2.1 La fase crítica de planificación.
La fase previa a la construcción ofrece la oportunidad más rentable para identificar, analizar y mitigar los riesgos asociados al drenaje de aguas subterráneas. Una evaluación rigurosa en esta etapa permite diseñar adecuadamente las obras temporales, evitar fallos durante la ejecución y realizar una asignación presupuestaria precisa, lo que evita sobrecostos y retrasos imprevistos. Aunque un diseño proactivo suponga una inversión inicial, casi siempre resulta un ahorro global para el proyecto.
2.2 Pasos clave para el diseño del drenaje.
Desarrollo del modelo geotécnico: para diseñar un control del nivel freático eficaz, es esencial construir un modelo conceptual del subsuelo. Este proceso debe ser dirigido por un técnico competente y consta de los siguientes pasos:
Revisión de estudios previos: consultar fuentes de información existentes como mapas geológicos, bases de datos geotécnicas, investigaciones previas en la zona y fotografías aéreas.
Evaluación de la permeabilidad: utilizar la información disponible para estimar preliminarmente la permeabilidad de las diferentes capas del suelo.
Evaluación de riesgos inicial: realizar una evaluación de alto nivel sobre la posible presencia de suelos o aguas subterráneas contaminadas, la probabilidad de encontrar grava a poca profundidad y el riesgo de que haya condiciones artesianas.
Decisión sobre investigaciones adicionales: en función de la complejidad y el perfil de riesgo del proyecto, se debe determinar si la información existente es suficiente o si se requieren investigaciones de campo específicas (por ejemplo, sondeos o ensayos de permeabilidad) para definir adecuadamente el modelo del terreno.
Técnicas para determinar la permeabilidad: la permeabilidad es el parámetro clave que guía el diseño del control del nivel freático. La siguiente tabla resume los métodos disponibles para su determinación, ordenados aproximadamente por coste y fiabilidad.
Método
Descripción
Aplicabilidad
Coste y fiabilidad relativa
1. Empírico (registros de sondeo)
Se asignan valores de permeabilidad basados en las descripciones de los suelos obtenidas de los registros de perforación, que se comparan con valores típicos de referencia.
Útil para evaluaciones preliminares y proyectos de bajo riesgo.
Coste: el más bajo (solo horas de diseño).
Fiabilidad: baja; solo proporciona un orden de magnitud.
2. Empírico (método de Hazen)
Estimación de la permeabilidad a partir de las curvas de distribución granulométrica del suelo.
Aplicable solo si se cuenta con ensayos de granulometría en suelos arenosos.
Coste: bajo si los datos ya existen; de lo contrario, requiere muestreo y ensayos de laboratorio.
Fiabilidad: baja a moderada.
3. Ensayo de laboratorio (carga constante)
Mide el flujo de agua a través de una muestra de suelo bajo un gradiente hidráulico constante.
Adecuado para suelos con permeabilidades relativamente altas (10⁻² a 10⁻⁵ m/s), como arenas y gravas.
Coste: relativamente bajo, pero requiere la obtención de muestras inalteradas.
Fiabilidad: moderada, pero puede no ser representativa de la masa de suelo a gran escala.
4. Ensayo de laboratorio (consolidación/triaxial)
Mide la permeabilidad como parte de ensayos de consolidación o de ensayos triaxiales.
Adecuado para suelos de baja permeabilidad (≤ 10⁻⁶ m/s), como los limos y las arcillas.
Coste: relativamente bajo, pero requiere muestras inalteradas.
Fiabilidad: moderada, sujeta a las mismas limitaciones que el ensayo de carga constante.
5. Ensayo de carga instantánea (slug test)
Se induce un cambio rápido en el nivel del agua en un pozo o piezómetro y se mide la velocidad de recuperación del nivel.
Realizado in situ en la zona saturada. Puede ser demasiado rápido para suelos muy permeables.
Coste: menor que el de un ensayo de bombeo.
Fiabilidad: Proporciona una indicación de la permeabilidad local alrededor del pozo, pero no a escala de sitio.
6. Ensayo de bombeo
Se bombea agua desde un pozo a un caudal constante y se mide el abatimiento del nivel freático en el pozo de bombeo y en pozos de observación cercanos.
Proporciona datos a gran escala y es adecuado para proyectos de desagüe profundos o de larga duración.
Coste: el más alto y el que consume más tiempo (dura de 24 horas a 7 días).
Fiabilidad: la más alta, ya que mide la respuesta del acuífero a una escala representativa de las condiciones reales del proyecto.
2.3 Metodología de evaluación de riesgos
Puntuación de riesgos: Para estandarizar el nivel de análisis y supervisión requerido, se propone un sistema de puntuación de riesgos, desarrollado y probado durante el programa SCIRT, que categoriza cada proyecto de control del nivel freático. Este enfoque permite asignar los recursos de diseño de manera proporcional al riesgo identificado, de modo que los proyectos de alta complejidad reciben la atención de especialistas y los de bajo riesgo pueden gestionarse mediante prácticas normalizadas.
Matriz de categorización de riesgos: el número de categoría de riesgo (RCN) se calcula multiplicando las puntuaciones asignadas a seis áreas de riesgo clave (RCN = A x B x C x D x E x F), tal y como se muestra en la siguiente tabla:
A: Profundidad de excavación
Puntuación
B: Agua subterránea
Puntuación
C: Condiciones del terreno
Puntuación
< 2 m
1
No se requiere abatimiento
0
Suelos competentes sin necesidad de soporte temporal
1
2 – 3 m
2
Abatimiento < 1 m requerido
1
Limos y arcillas de baja permeabilidad
2
3 – 6 m
6
Abatimiento 1 – 3 m requerido
2
Arenas limosas
3
6 – 15 m
10
Abatimiento 3 – 6 m requerido
5
Turba y suelos orgánicos
3
> 15 m
12
Influencia en cuerpos de agua superficial
7
Intercepta gravas de moderada a alta permeabilidad
6
Abatimiento > 6 – 9 m requerido
10
Arenas fluidas
10
Intercepta acuífero artesiano
10
Suelos contaminados
10
Agua subterránea contaminada
10
D: Duración del drenaje
Puntuación
E: Coste de componentes del proyecto influenciados por el drenaje
Puntuación
F: Efectos en servicios, infraestructuras y propiedades adyacentes
Puntuación
Excavación abierta por 1 – 2 días
1
< $0.1M
1
Sitio sin construcciones
1
Excavación abierta < 1 semana
2
$0.1M a $0.5M
2
Vía local
2
Excavación abierta por 1 – 4 semanas
3
$0.5M a $1M
3
Vía arterial principal o secundaria
3
Excavación abierta por 1 – 6 meses
4
$1M a $5M
4
Propiedad privada a una distancia menor que la altura de la excavación o estructuras adyacentes sobre pilotes
3
Excavación abierta > 6 meses
5
> $5M
5
Autopista
4
Vías férreas
4
Estructuras históricas con cimentaciones superficiales
4
Infraestructura crítica vulnerable a asentamientos
5
Nota:El Número de Categoría de Riesgo (RCN) se calcula como el producto de las puntuaciones de las 6 áreas (A x B x C x D x E x F).
Niveles de acción de diseño recomendados: una vez calculado el RCN, la siguiente tabla define las acciones mínimas de diseño que deben llevarse a cabo.
Número de categoría de riesgo (RCN)
Consecuencia del riesgo
Acciones mínimas de diseño recomendadas
0 – 10
Bajo
• No se requiere un estudio de drenaje específico para el proyecto.
• Implementar el sistema de control del nivel freático basado en la experiencia local previa.
11 – 75
Medio
• Realizar un estudio de escritorio de alto nivel para evaluar las condiciones del terreno y los riesgos de drenaje.
• Seleccionar métodos de control de nivel freático apropiados considerando restricciones y riesgos.
• Realizar cálculos manuales simples para verificar la idoneidad del diseño de las obras temporales.
76 – 2,500
Alto
• Realizar un estudio de escritorio detallado.
• Confirmar las condiciones del terreno y la granulometría mediante al menos un sondeo.
• Realizar cálculos de diseño de drenaje (de simples a complejos según corresponda).
• Desarrollar e implementar un plan de control de asentamientos simple si es necesario.
• Controlar de cerca los sólidos en suspensión durante la descarga.
2,500 – 187,500
Muy Alto
• Revisar un informe geotécnico detallado.
• Contratar a un técnico cualificado y experimentado para brindar asesoramiento profesional.
• Realizar investigaciones de campo adicionales (p. ej., ensayos de permeabilidad, ensayos de bombeo).
• Desarrollar e implementar un plan de control de asentamientos.
• Realizar inspecciones de la condición de las propiedades adyacentes antes de comenzar los trabajos.
Una vez evaluado el riesgo y definido el nivel de diseño requerido, el siguiente paso es comprender en detalle las prácticas y metodologías de drenaje disponibles para su ejecución en campo.
3.0 Métodos y prácticas de control del nivel freático
3.1 Introducción a las metodologías
Los métodos de control del nivel freático más comunes en la construcción se basan en la extracción de agua del subsuelo para reducir dicho nivel. La elección del método más adecuado es una decisión técnica que depende fundamentalmente de las condiciones del suelo, la profundidad de la excavación, el caudal de agua previsto y los objetivos específicos del proyecto. Cada método tiene sus propias ventajas y limitaciones, que deben evaluarse cuidadosamente.
Descripción y aplicación: el bombeo desde sumideros es el método más simple y, a menudo, el más económico. Consiste en excavar zanjas o pozos (sumideros) en el punto más bajo de la excavación para que el agua subterránea fluya por gravedad hacia ellos y, desde allí, sea bombeada y evacuada. Este método es efectivo en suelos con permeabilidad alta o moderada, como las gravas y las arenas gruesas. Su principal limitación es que el agua fluye hacia la excavación antes de ser controlada, lo que puede causar inestabilidad en los taludes y en el fondo. Existe un alto riesgo de tubificación (piping) y de arrastre de finos, lo que puede provocar asentamientos y generar una descarga de agua cargada de sedimentos que requiere un tratamiento exhaustivo.
Requisitos de diseño e instalación: para que un sumidero sea eficaz, debe cumplir los siguientes requisitos:
Profundidad: Suficiente para drenar la excavación y permitir la acumulación de sedimentos sin afectar la toma de la bomba.
Tamaño: Mucho mayor que el de la bomba para facilitar la limpieza y el mantenimiento.
Filtro: El sumidero debe estar protegido con una tubería ranurada o perforada, rodeada de grava gruesa (20-40 mm) para evitar la succión de partículas finas del suelo.
Acceso: Debe permitir la retirada de las bombas para el mantenimiento y la limpieza periódica de los sedimentos acumulados.
Como mejor práctica, se recomienda sobreexcavar el fondo del sumidero y rellenarlo con material grueso para elevar la entrada de la bomba y minimizar la movilización de partículas finas.
Figura 4. Esquema de sumidero y bomba de achique para pequeñas excavaciones, basado en Powers (1992).
Análisis comparativo
Ventajas
Inconvenientes
• Coste relativamente bajo.
• Moviliza sedimentos del terreno, lo que requiere tratamiento de la descarga.
• Equipos móviles y fáciles de instalar y operar.
• No puede utilizarse en «arenas fluidas».
• Solo opera durante los trabajos de construcción.
• Tiene un alto potencial de liberar sedimentos en el medio ambiente y es el método más común para incumplir las condiciones de los permisos ambientales.
Descripción y aplicación: un sistema de well-points consiste en una serie de tubos de pequeño diámetro (aproximadamente 50 mm) con una sección ranurada en el extremo inferior. Estos tubos se instalan en el terreno a intervalos regulares. Estos tubos, también denominados «puntas de lanza», se conectan a un colector principal, que, a su vez, está conectado a una bomba de vacío. La bomba crea un vacío en el sistema que extrae el agua del subsuelo.
Este método es particularmente efectivo en arenas o suelos con capas de arena. Su principal limitación es la altura de succión, que en condiciones cercanas al nivel del mar es de hasta 8 metros. Para excavaciones más profundas, sería necesario utilizar sistemas escalonados en las bermas.
Consideraciones de diseño
Espaciamiento: el espaciamiento entre los pozos de extracción (que suele oscilar entre 0,6 y 3 m) depende de la permeabilidad del suelo, de la geometría de la excavación y del abatimiento requerido. Cuanto más permeable es el suelo, menor debe ser el espaciamiento.
Paquetes de filtro: en suelos finos o estratificados, es crucial instalar un paquete de filtro (generalmente, arena de textura media a gruesa) alrededor de cada pozo de extracción. Así se evita el bombeo de finos y se crea una ruta de drenaje vertical más eficiente.
Figura 5. Componentes del sistema. Cortesía de ISCHEBECK. http://www.ischebeck.es/assets/wp-content/uploads/agotamiento_agua/Cat%C3%A1logo%20Wellpoint%2016022012.pdf
Análisis comparativo
Ventajas
Inconvenientes
• Descarga limpia: Una vez establecido, el sistema extrae agua limpia que requiere poco o ningún tratamiento.
• El desagüe debe realizarse muy cerca del área de trabajo.
• Abatimiento localizado del nivel freático, lo que resulta en menores volúmenes de descarga.
• Funciona mejor en suelos uniformes.
• La instalación puede ocupar un espacio considerable en el entorno vial.
• Requiere experiencia para una instalación y colocación efectivas.
• Potencial de rendimiento (caudal) y de abatimiento limitados por la altura de succión.
3.4 Pozos de bombeo profundo (dewatering wells)
Descripción y aplicación: los pozos de bombeo profundo son pozos perforados de mayor diámetro y profundidad que los well-points y están equipados con una bomba sumergible. Se trata de un sistema de ingeniería que debe ser diseñado por un especialista. Cada pozo incluye componentes clave, como una rejilla dimensionada para el terreno, un paquete de filtro diseñado específicamente y un sello anular en la superficie para evitar la recarga superficial.
Este método es adecuado para excavaciones grandes, profundas o de larga duración y puede manejar grandes caudales de agua.
Consideraciones de diseño: el diseño de un sistema de pozos profundos requiere un análisis detallado de los siguientes parámetros:
Profundidad y diámetro del pozo: el diámetro debe ser suficiente para alojar la bomba necesaria y la profundidad debe ser significativamente mayor que el abatimiento deseado.
Tamaño de la ranura de la rejilla: se diseña en función del tamaño de grano del suelo o del material filtrante para maximizar la entrada de agua y minimizar la entrada de partículas finas.
Diseño del filtro: el filtro granular que rodea la rejilla es fundamental para evitar que los materiales finos del acuífero migren hacia el pozo.
Distancia entre pozos: Los pozos se espacian típicamente entre 10 y 50 metros. Su diseño es complejo, ya que se basa en la interacción entre los conos de abatimiento de cada pozo.
Figura 6. Agotamiento profundo del nivel freático mediante un pozo filtrante. Elaboración propia basado en Pérez Valcárcel (2004).
Análisis comparativo
Ventajas
Inconvenientes
• Ideal para excavaciones de gran envergadura y proyectos de larga duración.
• Si se extrae más agua de la necesaria, puede afectar a un área mayor de la prevista, lo que puede causar problemas de asentamiento en suelos compresibles (por ejemplo, turba).
• Descarga limpia una vez que el pozo está desarrollado correctamente.
• Puede requerir un tiempo de preparación más largo para lograr el abatimiento del nivel freático.
• Alta capacidad de bombeo, superando problemas de variabilidad del suelo.
• Se requiere un mayor nivel de diseño, planificación y ensayos de campo, como los ensayos de bombeo.
• Puede instalarse fuera del área de trabajo directa, liberando espacio en las zonas congestionadas.
• Las bombas sumergibles son mucho más silenciosas, ideales para áreas sensibles al ruido.
Tras describir los métodos individuales, el siguiente paso lógico es proporcionar una guía clara para seleccionar el sistema más apropiado para cada situación en el campo.
4.0 Selección del método apropiado
4.1 Una decisión estratégica
La elección del sistema de control del nivel freático adecuado es una decisión estratégica que debe equilibrar la eficacia técnica, el coste de implementación y de operación y el impacto ambiental potencial. Una elección informada no se basa en la intuición, sino en la recopilación y el análisis de datos específicos del emplazamiento. Una elección incorrecta puede provocar un rendimiento deficiente, sobrecostes y retrasos significativos en el proyecto.
4.2 Datos clave para la decisión
Para tomar una decisión fundamentada sobre el método de drenaje, es imprescindible recopilar la siguiente información:
Perfil y tipo de suelo, incluyendo la permeabilidad de cada estrato.
Dimensiones de la excavación: ancho, largo y profundidad.
Nivel freático existente, así como el nivel al que se necesita bajar (abatimiento requerido).
Método de excavación y soporte propuesto: por ejemplo, taludes abiertos o tablestacas.
Proximidad a estructuras existentes, cursos de agua y otras infraestructuras sensibles.
4.3 Matriz de decisión
La siguiente tabla sirve de guía para seleccionar una metodología de drenaje según el tipo de suelo predominante.
Guía para la selección de métodos de drenaje según el tipo de suelo.
Tipo de suelo
Tasa de flujo de agua subterránea
Posibles problemas
Metodología de drenaje recomendada
Gravas / cantos
Alta
Se requieren grandes flujos de agua que pueden provenir de pozos profundos para excavaciones profundas o de sumideros para excavaciones superficiales.
Pozos de bombeo profundo y de bombeo desde sumideros.
Arena
Baja a media
Baja estabilidad de la zanja si se permite que la arena fluya hacia la excavación (arena fluida).
Sistemas well-point.
Limo
Baja
Estabilidad variable y bajo rendimiento de agua, lo que puede requerir un espaciado muy reducido de las puntas de lanza y provocar perching localizado.
Sistemas de puntas de lanza (well-pointing) y de bombeo desde sumideros.
Arcilla
Muy baja
Se han detectado problemas mínimos de estabilidad de la zanja y una posible formación de un nivel freático colgado localizado.
Sistemas de puntas de lanza (well-pointing) y de bombeo desde sumideros.
Turba
Variable (baja a alta)
El drenaje puede provocar la compresión de las capas, lo que provoca asentamientos y daños en los terrenos y en la infraestructura circundantes.
Se requiere asesoramiento especializado.
Suelos mixtos
Variable (baja a alta)
La metodología se basa generalmente en el tipo de suelo predominante y en la unidad geológica que presenta el mayor rendimiento hídrico.
Depende de la hidrogeología y de la unidad geológica de mayor rendimiento hídrico.
4.4 Criterios de aplicación específicos
Condiciones que favorecen el bombeo desde sumideros (sump pumping):
Suelos como grava arenosa bien graduada, grava limpia o arcilla firme o rígida.
Acuífero no confinado.
Se requiere un abatimiento moderado y no hay fuentes de recarga cercanas (por ejemplo, un arroyo).
La excavación tiene taludes poco pronunciados o está protegida por tablestacas hincadas a gran profundidad.
Cargas de cimentación ligeras.
Condiciones que favorecen los sistemas well-point:
Suelos arenosos o interestratificados que incluyan arenas (permeabilidad k = 10⁻³ a 10⁻⁵ m/s).
Acuífero no confinado.
Se requiere un abatimiento de 5 metros o menos (o de hasta 10 metros si el área de excavación es grande y permite sistemas escalonados).
Condiciones que favorecen la instalación de pozos de bombeo profundo (wells):
Las condiciones del terreno son demasiado permeables como para que los well-points sean viables.
Suelos limosos que requieren un diseño de filtro preciso.
Se requiere un abatimiento de más de 8 metros o un abatimiento en un área extensa durante un período prolongado.
El acceso a la excavación está restringido o el lugar está congestionado (los pozos pueden ubicarse fuera de las zonas de trabajo).
Independientemente del método elegido, es imperativo gestionar los impactos ambientales asociados, un aspecto crucial que se detallará en la siguiente sección.
Figura 7. Selección del método de drenaje adecuado.
5.0 Mitigación de efectos ambientales y gestión de impactos
5.1 Responsabilidad ambiental y cumplimiento normativo
La gestión del agua subterránea no termina con su extracción, sino que conlleva la responsabilidad de cumplir con la normativa medioambiental y minimizar cualquier impacto negativo en el entorno. Una planificación cuidadosa debe abordar dos aspectos principales: la gestión de la calidad del agua de descarga para proteger los cuerpos de agua receptores y la prevención del asentamiento del terreno, que podría dañar la infraestructura y las propiedades adyacentes.
5.2 Gestión de la calidad del agua extraída
Sólidos en suspensión totales (TSS): el agua bombeada desde una excavación, especialmente desde sumideros, a menudo presenta una alta concentración de sedimentos. La normativa medioambiental exige que esta agua sea tratada para eliminar los sólidos antes de su vertido. Por ejemplo, muchos permisos establecen un límite de 150 g/m³ de TSS. Para el control in situ, una herramienta práctica es la evaluación visual comparativa. En un laboratorio, se pueden preparar muestras estándar con concentraciones conocidas de TSS (por ejemplo, 150 g/m³), que sirven como referencia visual para compararlas rápidamente con las muestras de descarga tomadas en el lugar, lo que permite tomar medidas correctivas inmediatas en caso de observar una turbidez excesiva.
Agua subterránea contaminada: existe el riesgo de encontrar contaminantes en el agua subterránea, especialmente en áreas urbanas o industriales con un historial de actividades potencialmente contaminantes. Durante la fase de planificación, es crucial identificar las zonas de riesgo. Si el proyecto se ubica en una de estas zonas o si se sospecha de contaminación, deberán realizarse muestreos específicos del agua subterránea para analizar la presencia y concentración de contaminantes. Así se puede planificar un sistema de tratamiento adecuado si fuera necesario.
5.3 Métodos de tratamiento de la descarga
Los tanques de sedimentación son el método principal y más común para tratar la descarga. Su principio de funcionamiento es sencillo: reducir la velocidad del flujo de agua para que las partículas de sedimento se asienten por gravedad. Un diseño eficaz incluye cuatro zonas funcionales:
Zona de entrada: Distribuye el flujo de manera uniforme para evitar turbulencias.
Zona de asentamiento: El área principal donde ocurre la sedimentación.
Zona de recolección: El fondo del tanque donde se acumulan los sedimentos.
Zona de salida: Recolecta el agua clarificada para su descarga.
El dimensionamiento adecuado del tanque es fundamental y debe basarse en el caudal de bombeo y el tamaño de las partículas a eliminar.
Otros métodos
Filtrado a través de la vegetación: El agua se descarga sobre una superficie cubierta de vegetación densa (por ejemplo, césped), que actúa como un filtro natural. Este método solo es adecuado como tratamiento secundario tras un tanque de sedimentación.
Bolsas de control de sedimentos: Se trata de bolsas de geotextil que se conectan a la salida de la bomba y filtran los sedimentos. Son útiles para caudales bajos y áreas pequeñas, pero pueden obstruirse rápidamente ante altas concentraciones de sedimentos.
5.4 Control del asentamiento del terreno
Causas y riesgos: El abatimiento del nivel freático puede provocar asentamientos del terreno por tres mecanismos principales:
Aumento de la tensión efectiva: al descender el nivel freático, disminuye la presión del agua en los poros del suelo, lo que incrementa la carga que puede soportar el esqueleto sólido del suelo. Esto provoca su compresión y el consiguiente hundimiento de la superficie.
Pérdida de finos: Un diseño de filtro inadecuado o velocidades de flujo excesivas pueden arrastrar partículas finas del suelo y generar vacíos, lo que provoca asentamientos localizados.
Inestabilidad de los taludes: una reducción insuficiente de las presiones de poro o un control inadecuado de las filtraciones puede comprometer la estabilidad de los taludes de la excavación, lo que provoca fallos localizados y desprendimientos de material.
Los suelos blandos y de baja permeabilidad, como los limos, las arcillas y los suelos orgánicos (turba), son los más susceptibles a sufrir asentamientos significativos por consolidación.
Estrategias de mitigación: Para minimizar el riesgo de asentamientos perjudiciales, deben implementarse las siguientes estrategias:
Diseño adecuado de los filtros: hay que asegurarse de que los filtros de pozos o well-points estén correctamente dimensionados para retener las partículas del suelo.
Control de finos: controlar la cantidad de sólidos disueltos en el agua de descarga. Un aumento sostenido puede indicar una posible pérdida de material del subsuelo.
Control del radio de influencia: diseñar el sistema para limitar la bajada del nivel freático más allá de los límites de la zona, utilizando, si es necesario, barreras de corte o pozos de reinyección.
Control de los asentamientos en el terreno: implementar un plan de supervisión para detectar cualquier movimiento del terreno.
Control de asentamientos: Se debe establecer un plan de supervisión que incluya la instalación de marcadores topográficos en edificios y estructuras cercanos. Es fundamental contar con un punto de referencia estable ubicado fuera de la zona de influencia del drenaje. Se deben establecer umbrales de alerta y de actuación para los asentamientos medidos. Si se alcanzan estos umbrales, se deben adoptar medidas correctivas que pueden ir desde la modificación del funcionamiento de la estación de bombeo hasta la interrupción total del drenaje.
La gestión proactiva de estos riesgos operativos y medioambientales debe complementarse con la preparación ante eventos inesperados, lo que nos lleva a la planificación de contingencias.
6.0 Planificación de contingencias: intercepción accidental de acuíferos artesianos
6.1 Preparación para lo imprevisto.
A pesar de una planificación y ejecución cuidadosas, siempre existe la posibilidad de toparse con condiciones geológicas imprevistas, como la intercepción de un acuífero artesiano o la aparición de caudales de entrada mucho mayores de lo esperado. Estas situaciones pueden escalar rápidamente y provocar un colapso catastrófico de la excavación. Por lo tanto, una preparación adecuada y un plan de respuesta rápida no son opcionales, sino parte esencial de la gestión de riesgos en cualquier proyecto de drenaje.
6.2 Medidas preparatorias
Procedimientos operativos: Antes de iniciar cualquier trabajo de excavación o perforación en zonas de riesgo, se deben establecer los siguientes procedimientos:
Realizar investigaciones geotécnicas adecuadas para identificar la posible presencia de acuíferos artesianos.
Disponer de medios para cerrar rápidamente los pozos de bombeo o las puntas de lanza si se detecta un flujo incontrolado.
Localizar de antemano proveedores de emergencia de materiales como cemento Portland, bentonita y geotextil.
Comprender el procedimiento de cálculo del diseño de la mezcla de lechada para detener el flujo. Se debe medir la carga artesiana y añadir la mezcla de lechada para lograr un equilibrio de presión.
Establecer y distribuir una lista de contactos de emergencia que incluya al ingeniero del proyecto, al contratista de desagüe y a las autoridades ambientales pertinentes.
Equipamiento de emergencia Se debe tener disponible en el sitio el siguiente equipamiento y suministros de emergencia, según el sistema en uso:
Para sistemas well-point:
Chips de bentonita no recubiertos para el sellado del collar.
Válvulas para instalar en todas las tuberías de well-points en áreas con sospecha de presión artesiana.
Equipo de inyección de lechada de cemento y suministros.
Geotextil y sacos de arena.
Para pozos de bombeo profundo:
Chips de bentonita no recubiertos para el sellado del collar.
Obturadores, tubería ascendente, manómetros y accesorios apropiados para cortar el flujo y medir la presión.
Equipo de inyección de lechada de cemento y suministros.
Geotextil y sacos de arena.
Lodo de perforación polimérico para compensar y suprimir flujos artesianos bajos durante la perforación del pozo.
Además, es necesario contar con un teléfono móvil con cámara, secciones de tubería extensibles para medir la altura de la presión artesiana y el diseño de la mezcla de lechada de contingencia.
6.3 Protocolo de implantación y respuesta
Pasos inmediatos: En caso de detectar un flujo de agua incontrolado, se debe seguir el siguiente protocolo de manera inmediata y secuencial:
Evaluar la situación: Determinar si el caudal y la turbidez del agua son constantes o están aumentando. Verificar si el flujo está confinado al pozo o se está extendiendo por la excavación.
Notificar al ingeniero y al gerente del proyecto: Proporcionar una descripción detallada de las condiciones, el caudal estimado y los eventos que llevaron al incidente. Enviar fotografías o videos en tiempo real si es posible.
Notificar a las autoridades pertinentes: Informar a las autoridades ambientales y a otras partes interesadas sobre la situación y las medidas de contención planificadas.
Acciones de emergencia: Una vez notificado el incidente, se pueden tomar una o más de las siguientes acciones de emergencia para controlar la situación:
Rellenar la excavación: Comenzar a rellenarla con material hasta que el peso del relleno sea suficiente para controlar el flujo y el transporte de sedimentos.
Medir la presión artesiana: Utilizar secciones de tubería para medir la altura a la que llega el agua y así determinar la presión del acuífero.
Controlar la descarga: Dirigir cualquier descarga de agua a través de las medidas de control de erosión y sedimentos establecidas en el sitio.
Inundar la excavación: Como medida drástica, rellenar la excavación con agua hasta el nivel freático original para equilibrar las presiones y estabilizar la situación mientras se reconsidera el diseño.
La combinación de una planificación rigurosa, una ejecución cuidadosa y una preparación exhaustiva ante contingencias es la clave para una gestión exitosa y segura del agua subterránea en cualquier proyecto de construcción.
En este audio podéis escuchar una conversación sobre este tema.
Este es un vídeo que resume bien las ideas principales.
Os dejo el documento completo; espero que os sea de interés.
CASHMAN, P.M.; and PREENE, M. (2012). Groundwater Lowering in Construction: A Practical Guide to Dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
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Sir Edmund Happold (1930 – 1996). https://www.burohappold.com/news/celebrating-30-years-of-the-happold-foundation/
Sir Edmund «Ted» Happold (Leeds, 8 de noviembre de 1930 – Bath, 12 de enero de 1996) fue una de las figuras más singulares y admiradas de la ingeniería estructural del siglo XX. Conocido como «ingeniero del arquitecto y arquitecto del ingeniero», defendía que «un mundo que ve el arte y la ingeniería como ámbitos separados no está viendo el mundo en su conjunto». Su reputación internacional se cimentó en su enfoque creativo y profundamente humano del diseño estructural, así como en su participación directa en el desarrollo de los principios estructurales de algunos de los edificios más emblemáticos de la arquitectura moderna.
Nacido en el seno de una familia académica, era hijo de Frank Happold, profesor de bioquímica en la Universidad de Leeds, y de una madre socialista convencida. Criado en un ambiente de pensamiento crítico y compromiso social, Happold estudió en el Leeds Grammar School, aunque su paso por este centro fue conflictivo, ya que se negó a unirse al cuerpo de adiestramiento militar juvenil por convicción pacifista. Posteriormente, lo enviaron al Bootham School de York, un colegio cuáquero cuyo entorno se ajustaba mejor a sus valores. Fiel a su fe cuáquera durante toda su vida, cuando fue llamado a filas, se registró como objetor de conciencia y fue destinado a trabajos agrícolas y de transporte. Esta experiencia despertó su interés por la construcción y lo llevó de nuevo a la Universidad de Leeds, donde se licenció en ingeniería civil en 1957, tras haber estudiado previamente geología.
Tras graduarse, trabajó brevemente con el arquitecto finlandés Alvar Aalto, lo que reforzó su visión integradora entre ingeniería y arquitectura. En 1956, se incorporó a Ove Arup & Partners, una de las firmas más innovadoras de la época, que en aquellos años participó en el diseño estructural de la catedral de Coventry, de Basil Spence, y de la ópera de Sídney, de Jørn Utzon. Su talento y curiosidad le llevaron a estudiar arquitectura por las noches, convencido de que la ingeniería debía dialogar con el arte y el espacio.
En 1958 viajó a Estados Unidos para trabajar con Fred Severud en la consultora Severud, Elstad y Kruger de Nueva York. Allí se vio profundamente influido por Eero Saarinen y su estadio de hockey, David S. Ingalls, de la Universidad de Yale, con sus cubiertas orgánicas y tensadas. De vuelta en Londres en 1961, retomó su carrera en Ove Arup, donde pronto destacó por su capacidad de liderazgo y su visión interdisciplinar.
Durante su etapa en Arup, Happold colaboró con equipos de arquitectos, como el de Sir Basil Spence, en los proyectos de la Universidad de Sussex y de los Knightsbridge Barracks, y con el arquitecto Ted Hollamby, en el ayuntamiento de Lambeth. Allí trabajó en proyectos de vivienda social, como Central Hill, y en equipamientos públicos, como la biblioteca y el auditorio de West Norwood, donde se casó con Evelyn Matthews en 1967.
Su progresión fue meteórica: en 1967 se convirtió en jefe del departamento Structures 3 de Ove Arup, unidad que impulsó una nueva generación de estructuras ligeras y experimentales. Desde ese puesto, participó en proyectos internacionales, como el Centro Pompidou de París, ganador del concurso de 1971, junto a Richard Rogers, Renzo Piano, Peter Rice y su equipo. Rogers reconocería años después que «todo fue idea de Ted». También colaboró en el Teatro Crucible de Sheffield (con Renton, Howard, Wood y Levin) y en la ampliación Sainsbury del Worcester College de Oxford (con MacCormac, Jamieson y Prichard).
Centro Pompidou de París. https://de.wikipedia.org/wiki/Edmund_Happold
Durante este tiempo, Happold mantuvo una estrecha colaboración con el arquitecto e ingeniero Frei Otto, con quien fundó un laboratorio para el estudio de estructuras tensadas y neumáticas. Junto a Rolf Gutbrod y Otto, desarrolló proyectos innovadores en Oriente Medio, como el Centro de Conferencias de Riad (1966), un complejo hotelero en La Meca (1966), premiado con el Aga Khan Award, y, más tarde, el Club Diplomático de Riad (1986) y el Pabellón Deportivo del Rey Abdul Aziz en Yeda (1977). También colaboró con ellos en los pabellones de la Exposición de Jardines de Mannheim (1975) y, junto a Otto y Richard Burton (de ABK), en los experimentos con madera verde estructural en Hooke Park, Dorset (1985-1991).
Pabellón para la Exposición Federal de Jardinería de Mannheim (1975), considerado una de sus obras más emblemáticas (en colaboración con Frei Otto). https://expoarquitectura.com.ar/pabellon-multihalle-de-frei-otto-mannheim/
Entre sus innovaciones estructurales más notables se encuentran la «sombrilla de La Meca», una cubierta con forma de abanico estabilizada por el peso del cerramiento; el uso de dobles mallas reticuladas en las cubiertas de Mannheim para evitar el pandeo, y la introducción del tejido metálico inoxidable en el aviario del zoológico de Múnich, que permitió crear una envolvente orgánica capaz de soportar la carga de la nieve sin rigidez visual.
En 1976, tras el rechazo de Arup a abrir una oficina en Bath, Happold decidió fundar su propio estudio, Buro Happold, con siete compañeros e incorporarse a la Universidad de Bath como profesor de Ingeniería de la Edificación y de Diseño Arquitectónico. Allí consolidó un espacio de cooperación entre disciplinas, en el que ingenieros y arquitectos trabajaban de manera integrada. Promovió la creación del Centre for Window and Cladding Technology y de un grupo de investigación en estructuras inflables, sentando las bases del pensamiento interdisciplinar que caracteriza a la ingeniería moderna.
Su compromiso con la profesión se tradujo en una intensa actividad institucional: fue nombrado Royal Designer for Industry (RDI) en 1983, fue vicepresidente de la Institution of Structural Engineers (1982-1986), presidió el Construction Industry Council (1988-1991), fue vicepresidente de la Royal Society of Arts (1991-1996), fue nombrado Senior Fellow del Royal College of Art en 1993 y fue nombrado caballero del Imperio Británico en 1994. También fundó el Building Industry Council, germen del actual Construction Industry Council, y fomentó la colaboración entre los distintos agentes del sector, fiel a su espíritu cuáquero.
Happold era un hombre lleno de ideas, capaz de contagiar entusiasmo y encontrar soluciones brillantes a problemas complejos. Sus colegas recordaban con humor sus largas y divertidas explicaciones sobre los últimos retos estructurales, así como su capacidad para resolver cuestiones empresariales o técnicas con la misma lucidez. Falleció en su casa de Bath en 1996, mientras esperaba un trasplante de corazón.
Entre los numerosos reconocimientos que recibió figuran la Medalla Guthrie Brown (1970), la Medalla Eiffel de la École Centrale de París, la Medalla Kerensky de la Asociación Internacional de Puentes y Estructuras y la medalla de oro de la Institution of Structural Engineers (1991). Entre sus obras se encuentran proyectos como la Bootham School (1964), el Centro de Conferencias de Riad (1967), los Hyde Park Barracks de Londres (1970), la Casa de Reuniones Cuáquera de Blackheath (1971-1972), el Centro Pompidou (1971-1977), el Aviario de Múnich (1978-1982) y Hooke Park (1985-1991).
El legado de Sir Edmund Happold trasciende sus estructuras. Fue un pionero que entendió que la ingeniería y la arquitectura no son disciplinas enfrentadas, sino expresiones complementarias de una misma visión del mundo, que concibe la belleza, la técnica y la humanidad como partes inseparables del acto de construir.
En un mundo cada vez más consciente de la emergencia climática, la construcción sostenible ha dejado de ser una opción para convertirse en una necesidad. Arquitectos, ingenieros y promotores buscan constantemente el método constructivo «perfecto»: aquel que sea económico, ecológico y socialmente responsable. Sin embargo, ¿qué pasaría si nuestras ideas más arraigadas sobre lo que es «mejor» estuvieran equivocadas?
Un detallado estudio científico realizado por nuestro grupo de investigación, dentro del proyecto RESILIFE, ha puesto a prueba nuestras creencias. En él, los investigadores compararon de forma exhaustiva cuatro métodos de construcción para una vivienda unifamiliar: uno tradicional y tres alternativas industrializadas que prometen mayor eficiencia y sostenibilidad. Sus conclusiones no solo son sorprendentes, sino que también revelan por qué nuestra intuición sobre la construcción sostenible a menudo falla. Este artículo desvela los hallazgos que nos obligan a replantearnos qué significa realmente construir de forma sostenible.
Vivienda unifamiliar adosada analizada.
Intuición fallida n.º 1: la búsqueda de un «campeón» absoluto.
La primera gran revelación del estudio es que no existe una solución mágica que destaque en todas las categorías. Nuestra intuición busca un único «campeón» de la sostenibilidad, pero la realidad es un complejo juego de equilibrios. Cada método constructivo destacó en una dimensión diferente, lo que demuestra que la opción ideal depende de las prioridades del proyecto.
El estudio identificó un ganador claro para cada una de las tres dimensiones:
Dimensión económica: la alternativa «PRE» (losa de hormigón aligerada con discos huecos) fue la más económica. Su ventaja radica en su alta eficiencia estructural, ya que requiere «la mitad de material para las mismas solicitaciones estructurales» en comparación con la losa convencional.
Dimensión medioambiental: la alternativa «YTN» (prefabricada con hormigón celular autoclavado) obtuvo el mejor rendimiento ecológico. Esto se debe a que es un «material 100 % mineral» que necesita poca materia prima (1 m³ de materia prima produce 5 m³ de producto) y tiene un «bajo consumo de energía en su fabricación».
Dimensión social: la alternativa «ELE» (elementos de doble pared) fue la óptima desde una perspectiva social, impulsada en gran medida por un mayor confort de usuario, gracias a su excepcional rendimiento térmico, derivado de la gruesa capa de EPS utilizada como encofrado perdido.
Este hallazgo es fundamental. La sostenibilidad real no consiste en maximizar una única métrica, como la reducción de CO₂, sino en encontrar un equilibrio inteligente entre factores que, a menudo, están en conflicto.
Intuición fallida n.º 2: asumir que lo más «verde» es siempre lo mejor.
Podríamos pensar que la opción con menor impacto medioambiental (YTN) sería automáticamente la más sostenible, pero no es así. Sin embargo, el estudio demuestra que no es tan simple. Al combinar todos los factores en un «Índice Global de Sostenibilidad Estructural» (GSSI), la alternativa ganadora fue la «PRE» (losa aligerada).
¿Por qué ganó? La razón es el equilibrio. Aunque no fue la mejor en los ámbitos medioambiental y social, la alternativa PRE ofreció un excelente rendimiento económico y resultados muy sólidos en las otras dos áreas. El estudio la selecciona como la opción más sostenible porque, en sus palabras, presenta las respuestas más equilibradas a los criterios. Esta conclusión subraya una idea crucial: la solución más sostenible no es un extremo, sino un compromiso inteligente y equilibrado.
Los métodos «modernos» no son infalibles: sorpresas en los costes.
El estudio desveló dos realidades incómodas sobre los costes, tanto económicos como medioambientales, de algunas de las alternativas más innovadoras y puso en tela de juicio la idea de que «moderno» siempre significa «mejor».
En primer lugar, el método prefabricado (YTN), que a menudo se asocia con la eficiencia y el ahorro, resultó ser el más caro de todos. Su coste de construcción fue un 30,4 % superior al del método convencional de referencia.
Pero el sobrecoste económico no es el único precio oculto que reveló el estudio. La alternativa más tecnológica, ELE, conlleva una elevada factura medioambiental. Aunque fue la mejor valorada socialmente, su rendimiento ecológico fue pobre debido al enorme consumo de energía necesario para producir el poliestireno expandido (EPS) que utiliza como encofrado perdido. El estudio es contundente al respecto:
«Esto significa que, solo en los forjados, la alternativa ELE provoca un consumo de energía tres veces superior al necesario para obtener el EPS que requiere la solución de referencia».
Este hallazgo nos recuerda la importancia de analizar el ciclo de vida completo de los materiales y no dejarnos seducir únicamente por etiquetas como «moderno» o «tecnológico».
El mayor riesgo es el «business as usual»: el método tradicional fue el peor.
Quizás el hallazgo más importante y aleccionador del estudio es el pobre desempeño del método de construcción convencional (denominado «REF»). Al compararlo con las tres alternativas industrializadas, el sistema tradicional resultó ser la opción menos sostenible en todos los aspectos.
La conclusión de los investigadores es clara e inequívoca: «La alternativa REF es la peor opción en todos los criterios individuales y, en consecuencia, obtiene la menor prioridad en la caracterización de la sostenibilidad». Este resultado debe hacer reflexionar al sector: seguir construyendo como siempre se ha hecho, sin evaluar ni adoptar nuevas alternativas, es la decisión menos sostenible que podemos tomar.
Conclusión: repensando la construcción sostenible.
Este estudio demuestra que la sostenibilidad es un problema complejo que desafía las soluciones simplistas y las ideas preconcebidas. No se trata de encontrar una solución universal, sino de evaluar de manera integral y equilibrada las dimensiones económica, medioambiental y social de cada proyecto.
Como resumen, los propios autores: «Solo la consideración simultánea de los tres campos de la sostenibilidad […] conducirá a diseños adecuados». Esto nos obliga a cambiar nuestra pregunta fundamental: en lugar de buscar el material más ecológico o la técnica más barata, debemos preguntarnos cuál es la solución más equilibrada para un contexto específico.
Teniendo en cuenta estos resultados, ¿cómo deberíamos redefinir «la mejor forma de construir» para conseguir un futuro verdaderamente sostenible?
Figura 1. a) caso básico en 3D; b) sección transversal con algunas variables geométricas; c) viga de canto variable con 4 puntos de transición
Acabamos de publicar un artículo en la revista indexada JCR The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2025), que presenta una metodología de optimización metaheurística para minimizar el coste de fabricación de las vigas I de placa de acero soldada. El estudio se centra en el desarrollo de tipologías más eficientes, como las vigas híbridas transversales de sección variable (THVS), que optimizan simultáneamente la geometría y la distribución del material en los planos transversal y longitudinal. La función objetivo tiene en cuenta no solo el coste de los materiales, sino también siete actividades clave de producción (soldadura, corte, pintura, etc.) y los diseños cumplen las especificaciones del Eurocódigo 3. Los principales resultados indican que la optimización del material es más importante para las vigas de tramos cortos, mientras que la optimización geométrica lo es más para las vigas de tramos largos. En última instancia, el artículo valida el enfoque propuesto mediante un caso de estudio, que demuestra que los elementos THVS pueden reducir los costes hasta en un 70 % en comparación con los diseños tradicionales.
La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
Como futuro profesional, ¿te has preguntado alguna vez si los perfiles de acero que eliges son realmente la mejor opción? En el diseño estructural, es habitual utilizar perfiles estándar (como los «IPE») por su simplicidad y disponibilidad. Aunque son prácticos, estos perfiles de sección constante a menudo resultan ineficientes, ya que utilizan más material del necesario y generan mayores costes.
El sector de la construcción se enfrenta a una encrucijada: la necesidad de crear estructuras eficientes y la obligación de reducir su enorme consumo de recursos. En este dilema, las vigas de acero son un elemento fundamental. Pero ¿son los diseños tradicionales la opción más eficiente o existen alternativas mejores? Un estudio reciente revela hallazgos sorprendentes que desafían las convenciones del diseño estructural. La respuesta se encuentra en cuatro claves contrarias a la lógica que demuestran cómo optimizar de forma inteligente el material y la geometría puede reducir los costes de fabricación hasta en un 70 %.
1. Material frente a la geometría: la regla inesperada que depende de la distancia.
El primer descubrimiento clave del estudio es que la estrategia óptima para reducir costes depende fundamentalmente de la longitud de la viga (vano). Este hallazgo desafía el enfoque de «talla única» y da lugar a dos conclusiones interesantes:
Para vigas cortas (por ejemplo, de 6 metros, una medida habitual en edificios), la optimización del material resulta más eficaz. El uso de aceros de diferentes resistencias para las alas y el alma permite obtener mayores ahorros que con la modificación de la geometría.
En el caso de las vigas largas (por ejemplo, de 14 o 20 metros, comunes en puentes), la optimización geométrica se convierte en el factor dominante. La estrategia más decisiva para el ahorro es crear vigas de sección variable.
El principio de ingeniería subyacente es el momento flector. En las vigas largas, la diferencia de esfuerzos entre el centro (donde el momento es máximo) y los apoyos (donde el momento es nulo) es considerable. Adaptar el canto de la viga a esta variación permite ahorrar material de manera significativa en las zonas donde no es necesario. En las vigas cortas, el momento flector es más uniforme, por lo que el ahorro de material al variar la geometría es mínimo y no compensa el coste adicional de fabricación (cortes y soldaduras complejas).
2. La campeona del ahorro: la viga híbrida de sección variable (THVS).
La solución más rentable identificada en el estudio es la viga «híbrida transversal con sección variable» (THVS). Este diseño combina de forma inteligente las dos estrategias de optimización:
Estructura híbrida: utiliza acero de alta resistencia para las alas, que, al estar más alejadas del eje neutro, soportan la mayor parte de las tensiones de flexión. Para el alma, que se encarga principalmente de los esfuerzos cortantes, se emplea un acero más económico y de menor resistencia.
Geometría variable: su altura no es constante, sino que se adapta a la distribución de esfuerzos. Es más alta cerca del centro, donde el momento flector es máximo, y disminuye hacia los apoyos.
El dato más impactante del estudio es que los elementos THVS pueden reducir los costes de fabricación hasta un 70 % en comparación con los diseños tradicionales de vigas de acero de canto constante.
3. El coste real no es solo el peso: una mirada a la fabricación.
Uno de los puntos fuertes de la investigación es que se centra en el coste total de fabricación, en lugar de limitarse al peso o al coste del material. El estudio incluyó siete actividades clave de producción en su modelo de costes:
Montaje en obra/Izado.
Pintura.
Soldadura.
Granallado.
Corte.
Aserrado.
Transporte.
Este enfoque holístico es crucial, ya que alinea el diseño estructural con la realidad de la producción industrial. Es precisamente este análisis de costes integral el que permite al estudio concluir que, en el caso de las vigas largas, el ahorro de material de una viga THVS compensa con creces la mayor complejidad de fabricación, algo que no revelaría un análisis de peso sencillo.
4. De la teoría a la práctica: una metodología para el diseño.
La investigación no se limita a la teoría, sino que ofrece una metodología de diseño con directrices aplicables para que los ingenieros puedan implementar estas soluciones. El estudio establece parámetros prácticos sobre:
Relaciones óptimas entre el canto y la luz de la viga.
Ángulos de achaflanado ideales.
Posiciones óptimas para las transiciones de sección.
Combinaciones de tipos de acero recomendadas.
Conscientes de que la innovación teórica debe enfrentarse a la realidad industrial, los propios autores moderan el optimismo mediante una evaluación pragmática de los próximos pasos.
«Los elementos THVS pueden reducir los costes hasta en un 70 % en comparación con los diseños tradicionales. No obstante, para aprovechar plenamente el potencial de estos diseños, deben abordarse los desafíos relacionados con la disponibilidad de materiales, la complejidad de la fabricación y los riesgos de pandeo local».
Conclusión: ¿Estamos listos para construir de forma diferente?
La idea central es clara: optimizar simultáneamente la geometría y el material de las vigas de acero, especialmente en los diseños THVS, permite ahorrar recursos y dinero de forma sin precedentes. Esta investigación establece una base teórica y una metodología de diseño que abren la puerta a una nueva era de eficiencia estructural. Con ahorros potenciales de hasta el 70 % demostrados, la pregunta para la industria no es si merece la pena, sino cómo superar los desafíos de fabricación, la disponibilidad de materiales y la actualización de normativas para convertir este potencial en una nueva realidad constructiva.
En este vídeo, se resumen las ideas fundamentales de este artículo, explicadas de forma sencilla.
Introducción: El sistema nervioso invisible de un edificio.
