Categoría: estructuras

Efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones

Figura 1. Efectos de la DANA en Valencia. https://www.diariodesevilla.es/sociedad/catastrofe-inundaciones-valencia-directo_10_2002684877.html

Para comprender los efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones y cómo responder ante ellas, es fundamental entender tanto los factores que incrementan la vulnerabilidad de los edificios como las acciones preventivas y correctivas necesarias. Las inundaciones pueden afectar seriamente a las estructuras, dependiendo de la magnitud de las aguas, su salinidad, la saturación del suelo y la calidad de los materiales y de las prácticas constructivas empleados. La identificación de estos daños requiere evaluaciones técnicas detalladas y precisas. Este conocimiento es útil tanto para los propietarios como para los técnicos y el personal de emergencias que deben tomar decisiones rápidas y bien fundamentadas en situaciones críticas.

1. Efectos de las inundaciones en la estructura de las edificaciones

Las inundaciones representan una amenaza significativa para la integridad de los edificios y pueden afectar la estructura de diversas maneras. Estos no siempre son visibles de inmediato y pueden empeorar con el tiempo si no se toman medidas correctivas. En las zonas propensas a las inundaciones, los edificios pueden sufrir diversos daños estructurales, como:

  • Socavación y fallos en la cimentación: La erosión causada por la corriente de agua disminuye la estabilidad de los cimientos. Cuando una inundación causa socavones cerca de una edificación, esto afecta directamente a la capacidad portante de los cimientos, ya que se pierde el soporte horizontal y lateral del suelo. Esto puede provocar inclinaciones en las estructuras, grietas en los muros y, en casos extremos, el colapso parcial o total del edificio.
  • Erosión del suelo y pérdida de capacidad portante: La capacidad del suelo para soportar cargas se reduce debido a la erosión, lo que puede conducir al fallo de la cimentación.
  • Saturación del suelo: La acumulación de agua provoca saturación, lo que aumenta el riesgo de deslizamientos, derrumbes y avalanchas y afecta a la estabilidad del conjunto de cimentación y estructura. El suelo que rodea los cimientos de una edificación, al saturarse de agua, pierde densidad y estabilidad. Este fenómeno es especialmente crítico en áreas cercanas a cuerpos de agua (ríos, lagos o mares), donde el agua puede provocar que el suelo pierda su capacidad de soporte. Esto puede provocar fenómenos como deslizamientos, derrumbes y licuefacción. En casos graves, el terreno bajo la edificación se comporta casi como un líquido, perdiendo su capacidad de soportar el peso de la estructura y poniendo en riesgo su estabilidad.
  • Pérdida de soporte lateral y horizontal: Al disminuir la capacidad portante del suelo, la estructura pierde los soportes laterales y horizontales, lo que compromete su estabilidad y su capacidad de carga.
  • Deterioro de los muros exteriores: Cuando el nivel de las inundaciones supera el metro de altura, la descompensación de presiones puede provocar fallos en los muros exteriores..
  • Inestabilidad estructural por impacto de escombros: Los escombros arrastrados por el agua, combinados con la presión hidrostática o hidrodinámica, pueden impactar en los elementos estructurales y provocar inestabilidad.
  • Aparición de grietas en muros, losas y columnas: Dependerá de la magnitud de la inundación y podría ocasionar daños que van desde reparables hasta irreparables.
  • Daños por capilaridad y humedad en las paredes: El fenómeno de capilaridad permite que el agua suba a través de los materiales porosos de los muros, debilitándolos progresivamente. Este problema es más frecuente en estructuras construidas directamente sobre el suelo, sin barreras de impermeabilización ni sobrecimientos. El agua absorbida por capilaridad puede afectar a la durabilidad y la resistencia de los materiales, provocando grietas y desprendimientos del revestimiento.
  • Deterioro de materiales de construcción: La exposición al agua contaminada o salina provoca corrosión en los materiales, especialmente en elementos metálicos no protegidos, galvanizados o inoxidables.
Figura 2. Presión hidrostática.

Para reducir estos riesgos, las nuevas construcciones en zonas de inundación deben diseñarse y construirse con especificaciones a prueba de inundaciones. Estas mejoras en la resistencia estructural no solo reducen el riesgo de fallos, sino que también disminuyen significativamente la probabilidad de víctimas en escenarios de inundación.

2. Problemática: daños y consecuencias

  • Daños estructurales: Las inundaciones generan múltiples efectos en la estabilidad de los edificios, afectando su integridad estructural. Entre estos daños destacan:
    • Presión hidrostática: La acumulación de agua en el perímetro de la edificación ejerce una presión horizontal sobre los muros, proporcional al calado de la inundación. Este tipo de presión puede levantar los suelos o la cimentación cuando el agua se acumula de un lado del edificio. En casos en que el agua ingresa al edificio, esta presión se neutraliza, pero introduce una carga gravitatoria que afecta elementos horizontales como forjados y soleras, lo que puede conducir al colapso de la estructura.
    • Presión hidrodinámica: El flujo de agua de un río desbordado puede alcanzar velocidades considerables y generar impactos en los muros, que deben diseñarse para soportar estas cargas dinámicas.
    • Impactos de objetos arrastrados: El agua arrastra escombros, vehículos y mobiliario urbano que impactan contra la edificación, generando daños considerables en sus elementos​.
    • Durabilidad y corrosión: El agua, especialmente si contiene minerales y sales, puede corroer el acero de refuerzo de las estructuras de hormigón, debilitando su capacidad de carga. En materiales como la madera, la humedad reduce significativamente su resistencia estructural. Estos daños son más difíciles de detectar cuando los elementos están cubiertos o enterrados.
    • Erosión del material y del terreno: La exposición prolongada al agua, especialmente si el flujo es constante, puede erosionar materiales como ladrillo y bloque, deteriorando el mortero de unión y comprometiendo la estabilidad del edificio. El terreno también se ve afectado, sobre todo en su capacidad de soporte, lo que agrava el riesgo de asentamientos diferenciales en la cimentación​.
  • Daños constructivos y estéticos: Las inundaciones afectan no solo a los elementos estructurales, sino también a los acabados y componentes funcionales de los edificios:
    • Daños en cerramientos y tabiques: Los paramentos exteriores e interiores pueden experimentar corrosión en elementos metálicos, pérdida de adhesión en revestimientos y daños en los aplacados​.
    • Pérdida de estabilidad en fachadas y tabiques: Los impactos de objetos arrastrados por el agua o la reducción de las propiedades de los materiales debido a la humedad pueden hacer que las fachadas o los tabiques colapsen .
    • Daños en pavimentos: La prolongada presencia de agua produce abombamientos y deformaciones en los suelos, especialmente en los pavimentos de madera, causando el levantamiento de los materiales de agarre​.
    • Desperfectos estéticos: La humedad genera manchas y decoloración en las superficies, mientras que los impactos pueden provocar la rotura de elementos ornamentales​.
    • Disfunción de instalaciones: Las instalaciones eléctricas, redes de saneamiento, sistemas de agua potable y equipos de ventilación y climatización pueden colapsar o fallar debido a la exposición a la humedad y a la obstrucción por residuos, lo cual compromete la funcionalidad del edificio​.
  • Daños al contenido: El ingreso de agua en el interior de un edificio provoca, inevitablemente, daños en su contenido, desde pérdidas materiales como aparatos electrónicos, mobiliario y documentos, hasta daños económicos significativos en edificaciones comerciales e industriales. Además, los edificios que almacenan bienes sensibles, como bibliotecas o museos, pueden sufrir daños irreparables en sus colecciones culturales o documentales.
  • Daños funcionales: Las inundaciones pueden afectar gravemente al funcionamiento de los edificios, especialmente en instalaciones críticas como hospitales o estaciones de bomberos, donde cualquier interrupción implica riesgos adicionales. Esto incluye la interrupción de servicios esenciales que comprometen la capacidad de respuesta en situaciones de crisis, la inactividad prolongada en edificaciones comerciales o industriales, que ocasiona pérdidas económicas, y la obstrucción de vías de acceso y evacuación, lo que dificulta las operaciones de emergencia y la seguridad de los ocupantes.
  • Daños relacionados con el entorno: Además de los daños directos a la estructura, las inundaciones pueden afectar a la parcela circundante y a los elementos del entorno inmediato, provocando erosión y desgaste en áreas sin edificación, como jardines o zonas comunes, donde se acumulan sedimentos y residuos que deterioran el terreno, el mobiliario y la vegetación. Asimismo, elementos del entorno, como vehículos o vegetación arrastrada, pueden afectar la edificación y provocar asientos diferenciales debido a los desplazamientos del terreno. Finalmente, los residuos y contaminantes de instalaciones industriales o agrícolas arrastrados por el agua pueden afectar tanto al entorno natural como a la propia edificación.
  • Daños a largo plazo: Además de los daños inmediatos, las inundaciones pueden causar problemas que se manifiestan con el tiempo, como la corrosión en elementos estructurales debido a la humedad residual en materiales como el hormigón, lo que debilita las armaduras de acero y compromete la estructura gradualmente; también pueden surgir problemas de humedad persistente en áreas de difícil acceso, como los forjados sanitarios, donde el agua estancada crea condiciones favorables para el crecimiento de hongos y otros problemas fitosanitarios.

Estos puntos resaltan la complejidad de los efectos de una inundación en las edificaciones y su entorno, y subrayan la importancia de contar con medidas preventivas y de rehabilitación efectivas para mitigar sus consecuencias.

3. Identificación de los posibles daños en edificaciones debido a inundaciones

Este capítulo detalla los daños que pueden producirse en una edificación durante una inundación. Abarca la identificación de puntos vulnerables, la inspección de elementos de valor y la evaluación de los daños en función del nivel de agua.

  • Identificación e inventario de puntos débiles: La ubicación y el riesgo del edificio son determinantes para identificar sus puntos débiles y reducir la vulnerabilidad ante las inundaciones. Los principales puntos de entrada del agua en las construcciones son los defectos en el mortero de ladrillo o mampostería, que facilitan la infiltración; las grietas en fachadas y juntas estructurales, especialmente en las uniones entre materiales diferentes, como paredes y losas; las ventanas y puertas, donde las fallas en el sellado y el contacto de los marcos permiten filtraciones; y las escaleras y entradas a sótanos, que al estar en niveles inferiores favorecen la acumulación de agua.
  • Comprobación de estabilidad estructural: Es crucial evaluar la capacidad de resistencia de los elementos estructurales frente a las fuerzas del agua, ya que las presiones desiguales pueden dañar paredes y pisos. La diferencia en la rapidez de entrada y salida del agua entre el exterior y el interior del edificio puede generar presión adicional, ocasionando daños estructurales importantes en muros y suelos.
  • Inspección de los elementos de valor del edificio: Realizar un inventario de los elementos clave del edificio permite diagnosticar posibles daños y planificar su aseguramiento. Estos elementos se clasifican en: seres vivos (personas, mascotas y animales en actividades agropecuarias), continente (estructura y equipamiento, como cimientos, muros, sistemas de electricidad, agua y ventilación) y contenido (que varía según el uso del edificio e incluye mobiliario, documentos y materiales peligrosos).
  • Diagnóstico de daños en función de la altura del agua: El nivel del agua en el edificio influye directamente en el grado de daño. Ejemplos de daños según el nivel son:
    • 0 a 0,3 m (debajo del nivel de la planta baja): posibles erosiones en los cimientos, corrosión de elementos metálicos, acumulación de limo y formación de moho.
    • 0,3 a 0,5 m: saturación de revestimientos de paredes y suelos, problemas de humedad y daños en puertas internas y externas.
    • Más de 0,5 m: daños estructurales graves debido a la presión del agua, la corrosión y a fallos generalizados en los sistemas eléctricos y sanitarios.

Estos daños evidencian la importancia de realizar un diagnóstico exhaustivo para implementar medidas de mitigación eficaces que garanticen la seguridad estructural del edificio y la protección de sus ocupantes y su contenido.

Figura 3. Inventario de puntos de entrada del agua de inundación. Fuente: Preparing for Flood, Interim guidance for improving the flood resistance of domestic and small business properties. Office of the Deputy Prime Minister. 2003. Environment Agency – UK.

4. Factores de vulnerabilidad que agravan los daños por inundaciones

Las características constructivas y de mantenimiento de una edificación influyen en su vulnerabilidad frente a las inundaciones. Algunos factores clave incluyen:

  • Ausencia de sobrecimiento e impermeabilización: El sobrecimiento es una barrera de 30-50 cm de altura que se coloca en la base de los muros y cuya función es proteger contra la humedad que asciende del suelo. La ausencia de este elemento en una construcción permite que el agua entre en contacto directo con las paredes, lo que facilita la absorción de agua por capilaridad. Además del sobrecimiento, la impermeabilización de los cimientos y los muros de la planta baja es vital para prevenir que el agua dañe las estructuras.
  • Calidad de los materiales: Cada material de construcción reacciona de manera distinta ante la exposición prolongada al agua. La calidad del cemento, la arena y otros materiales utilizados en la construcción de los bloques y los cimientos influye en la resistencia de la edificación frente a las inundaciones. Los materiales de baja calidad se desintegran más rápidamente al entrar en contacto con el agua. En áreas con edificaciones antiguas de tapial, por ejemplo, estas tienden a disolverse tras un contacto prolongado con el agua, lo que provoca la descomposición de la estructura. El bahareque, compuesto tradicionalmente por madera, cañas y barro, presenta baja resistencia a la humedad y se deteriora rápidamente, con desprendimientos del revestimiento y deformaciones en la estructura de madera o de caña, lo que puede causar inclinaciones o incluso el desplome de las viviendas. En el caso de la mampostería, aunque aparenta ser resistente, los bloques de cemento, debido a su porosidad y a la falta de cocción de algunos materiales, son vulnerables al agua. La humedad puede deteriorar las primeras hiladas, debilitar la base y provocar el desplome parcial o total de la estructura, especialmente en zonas donde los bloques son de baja calidad o presentan una proporción insuficiente de cemento.
  • Errores en la construcción: En algunas construcciones, se cometen errores técnicos que comprometen la estabilidad de la estructura, especialmente en zonas inundables. Por ejemplo, el uso incorrecto de aparejos en mampostería o la falta de conocimientos técnicos en la ejecución de los cimientos puede resultar en problemas estructurales graves cuando la edificación enfrenta una inundación.

5. Medidas preventivas para minimizar daños en situaciones de inundación

La implementación de medidas preventivas ayuda a minimizar el impacto de las inundaciones en las edificaciones. Estas son algunas acciones recomendadas:

  • Inspección y mantenimiento regulares: Es crucial que las edificaciones en zonas propensas a inundaciones reciban mantenimiento constante y revisiones estructurales periódicas. Las inspecciones técnicas pueden identificar signos de desgaste o debilidades estructurales antes de que se conviertan en problemas graves. Esto incluye revisar los cimientos, las paredes y los elementos de soporte clave.
  • Empleo de materiales resistentes al agua: Al construir o rehabilitar una vivienda en una zona propensa a las inundaciones, se recomienda emplear materiales menos porosos y resistentes al agua. Asimismo, en áreas vulnerables, se recomienda aplicar revestimientos y pinturas impermeables en paredes y cimientos para evitar la absorción de humedad.
  • Adecuación del terreno y del sistema de drenaje: El sistema de drenaje del terreno circundante a una edificación es fundamental para evitar que el agua se acumule y afecte a los cimientos. En zonas propensas a las inundaciones, es importante crear canales de drenaje y pendientes que faciliten la salida del agua hacia áreas de menor riesgo.

6. Recomendaciones de emergencia para responder a inundaciones en edificaciones

En caso de inundación, estas son algunas recomendaciones prácticas para garantizar la seguridad de las personas y proteger, en la medida de lo posible, la estructura del edificio:

  • Inspección inmediata de daños: Una vez que el nivel del agua haya descendido, es fundamental realizar una inspección detallada del edificio para identificar daños visibles y ocultos. Los técnicos deben evaluar los cimientos y la estabilidad de las paredes para identificar signos de debilitamiento estructural que puedan suponer un riesgo.
  • Secado y limpieza de estructuras: Es crucial eliminar el agua acumulada y permitir que las estructuras afectadas se sequen. El secado evita que la humedad siga dañando los materiales de construcción. Además, se debe limpiar la suciedad y los restos dejados por la inundación, ya que estos pueden acelerar el deterioro de los materiales.
  • Refuerzo y reparación de cimientos y paredes: Si las inspecciones revelan daños en los cimientos o en las paredes, es necesario realizar refuerzos inmediatos para evitar colapsos. Los cimientos debilitados pueden reforzarse con elementos estructurales adicionales y las paredes pueden requerir tratamientos impermeabilizantes o refuerzos de mampostería.

Conclusión

Entender los efectos de las inundaciones en las edificaciones es fundamental para aplicar medidas de prevención y reparación eficaces. Estos eventos pueden causar daños severos en la estructura, la estabilidad y el contenido de los edificios, lo que subraya la necesidad de realizar un diagnóstico preciso y de implementar acciones correctivas. La identificación de las áreas vulnerables, junto con el uso de materiales adecuados y sistemas de drenaje eficientes, es esencial para reducir los riesgos. Asimismo, el mantenimiento regular y una respuesta rápida ante las inundaciones son cruciales para proteger tanto la seguridad de los ocupantes como la integridad del edificio. La implementación de técnicas constructivas apropiadas mejora la resistencia de las estructuras frente a estos desastres.

A continuación, dejo algunos documentos que creo que podrían ser de interés.

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Recomendaciones sobre productos y sistemas para la protección superficial del hormigón

Figura 1. https://www.molins.es/construction-solutions/reparacion-y-proteccion-del-hormigon/

La protección superficial del hormigón no solo responde a una necesidad estética, sino que cumple un papel crucial en la durabilidad y la conservación de las estructuras de hormigón expuestas a condiciones ambientales adversas o a demandas estructurales específicas. Factores como la exposición ambiental y las propiedades deseadas del hormigón influyen en la selección de los productos y sistemas más adecuados para su protección. Estos sistemas se aplican con el objetivo de prevenir la degradación o mejorar ciertas características de la superficie del hormigón. Este artículo describe las principales recomendaciones basadas en la norma UNE 83703:2023 y se centra en productos y sistemas destinados a proteger la superficie del hormigón, incluyendo impregnaciones, revestimientos y otros métodos, según diferentes tipos de agresión ambiental o necesidades de mejora física.

Figura 2. Sistemas de protección superficial del hormigón

1. Productos para la protección superficial del hormigón

Antes de seleccionar un producto o sistema de protección, es fundamental comprender los principios que sustentan los métodos de protección superficial. Los siguientes principios resumen las estrategias empleadas para proteger el hormigón frente a diversos tipos de agresiones: protección contra la penetración, control de la humedad y resistencia a agentes químicos.

Los productos para la protección superficial del hormigón varían según los métodos y tratamientos empleados. Estos productos, que pueden presentarse en forma líquida o plástica, se endurecen o se secan a temperatura ambiente. A continuación, se detallan las principales categorías:

  • Impregnación hidrófoba: consiste en la aplicación de productos líquidos de baja viscosidad que penetran en los poros del hormigón sin formar una película superficial. El objetivo es crear una superficie repelente al agua sin afectar la permeabilidad al vapor. Los productos más utilizados son los oligómeros de siloxanos y las microemulsiones de silanos.
  • Impregnación: su objetivo es rellenar los poros del hormigón y reducir su porosidad superficial. Los productos empleados suelen basarse en aglutinantes similares a los usados en revestimientos y proporcionan una mayor adherencia para aplicaciones posteriores.
  • Revestimientos: forman una película continua sobre la superficie del hormigón para prevenir el deterioro. Pueden tener un espesor de entre 0,1 mm y 5 mm, o incluso más en aplicaciones específicas. Los revestimientos pueden basarse en polímeros en dispersión acuosa, en disolución o en polímeros reactivos que no requieren disolventes. Estos pueden ser de varios tipos, como revestimientos flexibles o rígidos. Según las necesidades, algunos revestimientos pueden incorporar mallas o tejidos que mejoran la resistencia mecánica.

Debe tenerse en cuenta que los revestimientos deben resistir una exposición prolongada a la luz solar, especialmente en exteriores. Los productos acrílicos suelen ser más resistentes a los rayos UV. Además, los revestimientos deben poder repararse. En este sentido, los revestimientos a base de polímeros termoplásticos, como los acrílicos, son fáciles de repintar si presentan algún deterioro.

Figura 3. https://anfapa.com/articulos-tecnicos-morteros-de-reparacion-de-hormigon/1252/principios-y-metodos-para-reparar-y-proteger-estructuras-de-hormigon-deterioradas-une-en-1504

2. Sistemas de protección superficial

Los productos para la protección superficial del hormigón se agrupan en distintos sistemas, cada uno con características particulares. Cada sistema de protección superficial está diseñado para hacer frente a diferentes amenazas o mejorar ciertas características del hormigón. Por ello, es importante elegir el sistema adecuado en función de las condiciones específicas de la estructura y de su entorno. A continuación, se describen los sistemas más comunes:

2.1 Sistemas para impregnación hidrófoba

Estos sistemas protegen el hormigón y lo hacen repelente al agua, al mismo tiempo que permiten que «respire» al dejar pasar el vapor de agua. Son especialmente útiles en ambientes donde se desea mantener el hormigón seco. Los productos empleados deben ser transparentes, no alterar el aspecto del hormigón y garantizar la transpirabilidad. La profundidad de la impregnación y la calidad de los productos utilizados son factores clave para su eficacia a largo plazo.

También debe considerarse la eficiencia de la impregnación, es decir, que alcance una profundidad adecuada para asegurar una protección prolongada. Además, la impregnación debe ser compatible con el hormigón existente, por lo que será necesario evaluar sus propiedades químicas antes de aplicarla.

2.2 Sistemas protectores frente a la carbonatación

La carbonatación del hormigón es un proceso natural que puede afectar a la durabilidad de las estructuras. Los sistemas protectores frente a la carbonatación, basados en polímeros acrílicos o epoxi, crean una barrera que impide la entrada de CO₂ y reduce la absorción de agua. Estos revestimientos deben proporcionar una resistencia a la difusión de CO₂ equivalente a un espesor de aire de al menos 50 m (SD ≥ 50 m).

2.3 Sistemas con capacidad de puenteo de fisuras

Estos sistemas están diseñados para absorber movimientos en fisuras o prevenir la aparición de otras nuevas en el hormigón. Son útiles en estructuras que experimentan movimiento o en zonas sometidas a esfuerzos térmicos o mecánicos. Se pueden clasificar en sistemas con capacidad de puenteo estática (fisuras sin movimiento) o dinámica (fisuras con movimiento cíclico).

2.4 Sistemas resistentes a la agresión química

En ambientes donde el hormigón está expuesto a sustancias químicas agresivas, como ácidos o sulfatos, los sistemas resistentes a la agresión química proporcionan una barrera protectora. Estos revestimientos, que pueden basarse en resinas epoxi o poliuretanos, son fundamentales en estructuras sometidas a ataques químicos intensos, como las de plantas industriales o de instalaciones de tratamiento de aguas.

2.5 Sistemas con capacidad de mejora física

Los sistemas que mejoran las propiedades físicas del hormigón incluyen la aplicación de tratamientos superficiales que aumentan la resistencia a la abrasión, la dureza superficial y la resistencia al impacto. Estos productos, como las capas de rodadura o las impregnaciones endurecedoras, son habituales en pavimentos industriales y en zonas expuestas a un tránsito o un impacto mecánico elevado.

Entre sus aspectos importantes, destaca que las imprimaciones mejoran la adherencia entre el hormigón y el revestimiento, lo que garantiza una protección más duradera. Además, los productos utilizados deben ser compatibles entre sí y con el tipo de hormigón de la estructura.

3. Control catódico y zonas anódicas

La corrosión del acero de refuerzo es uno de los problemas más comunes y graves que afectan a las estructuras de hormigón armado. La aplicación de sistemas de protección puede incluir el control catódico y el control de zonas anódicas, métodos especializados para prevenir la corrosión.

  • El control catódico se basa en restringir la penetración de oxígeno en las zonas catódicas del hormigón armado. Al limitar la cantidad de oxígeno disponible, se neutralizan los puntos de corrosión y se minimiza el riesgo de deterioro. Los sistemas basados en este principio suelen emplear revestimientos superficiales que impiden la difusión del oxígeno.
  • El control de zonas anódicas busca evitar la corrosión en los puntos donde el acero de refuerzo del hormigón está expuesto al ambiente. Esto se consigue aplicando inhibidores de corrosión directamente sobre el hormigón o mezclándolos con los productos de revestimiento.
Figura 4.  Control catódico y zonas anódicas

4. Preparación del soporte para revestir

La durabilidad y la eficacia de los sistemas de protección dependen en gran medida de las condiciones del soporte de hormigón. Antes de aplicar cualquier producto o sistema, es fundamental garantizar que el soporte cumpla las siguientes condiciones:

  • Limpieza: el soporte debe estar libre de polvo, aceites, sales u otros contaminantes que puedan afectar la adherencia.
  • Porosidad: una porosidad adecuada garantiza la penetración del producto en el hormigón.
  • Secado: el soporte debe estar completamente curado, con al menos 28 días transcurridos desde su fabricación.
  • Resistencia mecánica: el soporte debe tener una resistencia mínima al arrancamiento de 1,5 N/mm² para garantizar la adherencia del sistema protector.

5. Métodos de puesta en obra

La correcta aplicación de los sistemas de protección es crucial para garantizar su eficacia. Los métodos más comunes son los siguientes:

  • Aplicación con brocha o rodillo: método utilizado en pequeñas áreas o en productos de baja viscosidad.
  • Pulverización: método recomendado para grandes superficies o cuando se requiere una aplicación uniforme y rápida.
  • Técnicas específicas: en el caso de membranas gruesas, como los sistemas cementosos, pueden aplicarse con llana o mediante proyección.

6. Control de calidad y mantenimiento

Es fundamental realizar controles de calidad tanto durante como después de la aplicación de los sistemas de protección. Esto incluye verificar las condiciones ambientales, el espesor de las capas aplicadas y la adherencia de los productos. Una vez completada la aplicación, deben realizarse inspecciones periódicas para garantizar que la protección permanezca efectiva. Además de los controles mencionados, se recomienda incluir:

  • Pruebas de adherencia y resistencia: son necesarios ensayos de tracción directa (UNE-EN 1542) y de resistencia a la difusión de gases para asegurar que el sistema cumple con las especificaciones.
  • Mantenimiento periódico: según el tipo de sistema aplicado, es fundamental establecer un programa de inspecciones periódicas para detectar signos de desgaste o deterioro.

Conclusión

La correcta elección y aplicación de los productos y sistemas de protección superficial del hormigón son esenciales para prolongar la vida útil de las estructuras y evitar daños costosos. El uso adecuado de impregnaciones, revestimientos y sistemas especializados puede mitigar los efectos de la carbonatación, la humedad, los ataques químicos y las fisuras, garantizando la durabilidad y la funcionalidad del hormigón en diversas condiciones ambientales. La elección adecuada del sistema, la preparación adecuada del soporte y la aplicación conforme a los estándares son esenciales para asegurar la durabilidad y el rendimiento del hormigón en diversas condiciones ambientales y de uso.

Os dejo algunos vídeos al respecto. Espero que les sean de interés.

También os dejo un folleto de MAPEI por si os interesa.

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Referencias:

Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.

Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.

Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Curso en línea de «Fabricación y puesta en obra del hormigón»

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso en línea sobre “Fabricación y puesta en obra del hormigón”.

El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-fabricacion-y-puesta-en-obra-del-hormigon/

 

 

Acerca de este curso

Este curso ofrece una visión completa sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. No se requieren conocimientos previos específicos, ya que está diseñado para beneficiar a un amplio espectro de profesionales, tanto con experiencia como sin ella, así como a estudiantes de disciplinas relacionadas con la construcción, tanto en el ámbito universitario como en la formación profesional. El proceso de aprendizaje está estructurado de manera gradual, lo que permite a los participantes profundizar en los aspectos que más les interesen, apoyándose en material complementario y enlaces a recursos en línea, como vídeos y catálogos.

En este curso, adquirirás conocimientos fundamentales sobre la fabricación de hormigones y el uso de maquinaria relacionada, incluyendo centrales de hormigonado, transporte y bombeo de hormigón, cintas transportadoras, gunitado, colocación de hormigón bajo el agua y en condiciones de frío o calor, así como grandes vertidos, compactación por vibrado, hormigón al vacío, curado, juntas de construcción, hormigón precolocado y tipos de hormigón como el de fibra de vidrio, autocompactantes, compactados con rodillo y ligeros.

El enfoque principal del programa es comprender los principios que rigen la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto prefabricado como ejecutado en obra, prestando atención a sus características más importantes y a los aspectos constructivos relevantes en ingeniería civil y edificación. El curso abarca un amplio espectro y profundiza en los fundamentos de la ingeniería de la construcción, además de destacar la importancia de fomentar el pensamiento crítico de los estudiantes, especialmente en relación con la selección de métodos, técnicas y maquinaria que se deben aplicar en situaciones concretas. Además, este curso trata de llenar el vacío que a menudo deja la bibliografía habitual y está diseñado para que los estudiantes puedan profundizar en los conocimientos adquiridos y adaptarlos a su experiencia previa o a sus objetivos personales y empresariales.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, cada una de las cuales constituye una secuencia de aprendizaje completa. Además, se ofrece un amplio conjunto de problemas resueltos que complementan la teoría presentada en cada lección. Se estima que se necesitan entre dos y tres horas para completar cada lección, en función del interés del estudiante por profundizar en los temas mediante el material adicional proporcionado.

Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante se enfrenta a una serie de preguntas diseñadas para consolidar los conceptos fundamentales y fomentar la curiosidad sobre aspectos relacionados con el tema tratado. También se han diseñado tres unidades adicionales para reforzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, en los que se fomenta el pensamiento crítico y la capacidad para resolver problemas reales. Finalmente, al concluir el curso, se llevará a cabo un conjunto de preguntas tipo test con el objetivo de evaluar el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está diseñado para una dedicación total de 75 horas por parte del estudiante. Se busca mantener un ritmo moderado, con una dedicación semanal de aproximadamente 10 a 15 horas, en función del nivel de profundidad que cada estudiante desee alcanzar. La duración total del curso es de seis semanas de aprendizaje.

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria empleada en la fabricación del hormigón, tanto prefabricado como elaborado en obra
  2. Evaluar y seleccionar los procedimientos constructivos para la colocación del hormigón, atendiendo a criterios económicos y técnicos
  3. Conocer las buenas prácticas y los aspectos de seguridad implicados en el transporte, vertido, compactación y curado del hormigón
  4. Analizar las características específicas en la fabricación y colocación de hormigones especiales como los autocompactantes, ligeros, con fibras, precolocados, compactados con rodillo y otros.

Programa del curso

  • Lección 1. Fabricación de hormigones
  • Lección 2. Homogeneidad en la fabricación del hormigón
  • Lección 3. Amasado del hormigón
  • Lección 4. Amasadoras de hormigón
  • Lección 5. Centrales de fabricación de hormigón
  • Lección 6. Hormigoneras
  • Lección 7. Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón
  • Lección 8. Almacenamiento de áridos
  • Lección 9. Corrección de humedad de los áridos
  • Lección 10. Transporte del cemento
  • Lección 11. Silos fijos de cemento
  • Lección 12. Cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones
  • Lección 13. Carretillas manuales o a motor para el transporte del hormigón
  • Lección 14. Hormigonado con cubilote
  • Lección 15. Transporte del hormigón mediante cintas transportadoras
  • Lección 16. Colocación del hormigón mediante bombeo
  • Lección 17. Torres distribuidoras de hormigón
  • Lección 18. Problemas de bombeo de hormigón
  • Lección 19. Hormigón proyectado: gunitado
  • Lección 20. Recomendaciones para el vertido de hormigón
  • Lección 21. Trompas de elefante para la colocación del hormigón
  • Lección 22. Hormigonado con tubería Tremie
  • Lección 23. Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua
  • Lección 24. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo caluroso
  • Lección 25. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo frío
  • Lección 26. Hormigonado en condiciones de viento
  • Lección 27. Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida
  • Lección 28. Grandes vertidos de hormigón
  • Lección 29. Razones para compactar el hormigón
  • Lección 30. Compactación manual del hormigón: picado y apisonado
  • Lección 31. Compactación del hormigón por vibrado
  • Lección 32. Vibradores de aguja para compactar el hormigón
  • Lección 33. Vibradores externos para encofrados de hormigón
  • Lección 34. Mesa vibrante de hormigón
  • Lección 35. Compactación del hormigón con regla vibrante
  • Lección 36. Compactación del hormigón por centrifugación
  • Lección 37. Hormigón al vacío
  • Lección 38. Alisadoras rotativas o fratasadoras
  • Lección 39. Revibrado del hormigón
  • Lección 40. Agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón: Nomograma de Menzel
  • Lección 41. Necesidad y fases del curado del hormigón
  • Lección 42. Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra
  • Lección 43. Curado al vapor del hormigón e índice de madurez
  • Lección 44. Hormigón de limpieza en fondos de excavación
  • Lección 45. Las juntas de construcción en el hormigón
  • Lección 46. Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete
  • Lección 47. Hormigón reforzado con fibra de vidrio
  • Lección 48. Hormigón autocompactante
  • Lección 49. Hormigones compactados con rodillo
  • Lección 50. Hormigones ligeros
  • Supuesto práctico 1.
  • Supuesto práctico 2.
  • Supuesto práctico 3.
  • Batería de preguntas final

Conozca a los profesores

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 175  artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 17 tesis doctorales, con 10 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València.

Lorena Yepes Bellver

Lorena Yepes Bellver es Profesora Asociada en el Departamento de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de las Estructuras de la Universitat Politècnica de València. Es ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Ha trabajado en los últimos años en empresas constructoras y consultoras de ámbito internacional. Aparte de su dedicación docente e investigadora, actualmente se dedica a la consultoría en materia de ingeniería y formación.

Nuevo estudio propone solución clave para reducir la huella de carbono en grandes proyectos de construcción internacionales

Un estudio innovador, titulado «Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects» y publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports, aborda un desafío crítico para la construcción internacional: cómo optimizar las emisiones y las fugas de carbono en grandes proyectos de infraestructura.

Liderado por Zhiwu Zhou, de la Hunan University of Science and Engineering, y colaboradores como Víctor Yepes de la Universitat Politècnica de València, el artículo desarrolla un modelo matemático avanzado para analizar y predecir las emisiones de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida de los proyectos de construcción en diferentes países. Este estudio es especialmente relevante en un contexto donde la globalización y el comercio internacional están impulsando el crecimiento económico, pero también contribuyendo de manera significativa al cambio climático.

Contexto y relevancia del estudio

El fenómeno conocido como «fuga de carbono» se ha convertido en un problema clave en la lucha contra el cambio climático. Este término se refiere al traslado de actividades productivas intensivas en carbono desde países con regulaciones estrictas sobre emisiones a países con normativas más laxas, lo que, paradójicamente, puede aumentar las emisiones globales. A medida que los países desarrollados implementan políticas más estrictas para reducir sus emisiones, existe la preocupación de que esto pueda incentivar a las empresas a trasladar su producción a países en desarrollo, exacerbando el problema en lugar de solucionarlo.

La construcción es uno de los sectores que más contribuye a las emisiones de carbono a nivel mundial. De hecho, la infraestructura está vinculada al 50 % de las emisiones globales, y se prevé que la inversión en infraestructuras alcance los 94000 millones de dólares para 2040, lo que pone de manifiesto la importancia de abordar el problema en este sector. El estudio de Zhou y su equipo se centra en ofrecer una herramienta para medir y mitigar la fuga de carbono en los grandes proyectos internacionales de construcción.

Metodología del estudio

La investigación combina una revisión bibliográfica extensa con el desarrollo de un modelo matemático que tiene en cuenta múltiples factores de incertidumbre asociados a los proyectos internacionales. Para analizar las emisiones y fugas de carbono, los investigadores emplearon bases de datos de cadenas de suministro reconocidas a nivel internacional, como Ecoinvent y OpenLCA, conforme a los estándares ISO 14040 e ISO 14044. Estas bases de datos permiten rastrear el ciclo de vida completo de los materiales y la energía utilizados en un proyecto, desde la extracción de materias primas hasta el transporte, la construcción y la eventual demolición.

El estudio utilizó como caso práctico un importante proyecto de infraestructura: el puente transnacional China-Indonesia, un proyecto internacional clave gestionado bajo el modelo EPC (ingeniería, contratación y construcción). Este puente, que conecta ambos países, se convirtió en un ejemplo ideal para analizar la huella de carbono debido a su complejidad técnica y logística, así como su impacto transnacional. El análisis de este caso permitió a los autores validar la robustez de su modelo teórico.

Resultados más destacados

Uno de los hallazgos más importantes del estudio es la notable diferencia en la huella de carbono entre los países exportadores e importadores. En el caso del puente China-Indonesia, los datos revelaron que la proporción de emisiones de carbono entre los países exportadores e importadores era de 0,577:100, lo que indica que los países que producen materiales y maquinaria (en este caso, China) soportan una mayor parte de la carga de emisiones. Esto sugiere que los países importadores, que son los principales beneficiarios de los proyectos de infraestructura, deberían asumir una mayor responsabilidad en la compensación de estas emisiones.

Además, el estudio pone de relieve que la utilización de acero, cemento y otros materiales intensivos en carbono es una de las principales fuentes de emisiones en los proyectos de construcción internacionales. Sin embargo, los resultados mostraron que optimizar la cadena de suministro y aplicar técnicas de transporte más eficientes pueden reducir significativamente estas emisiones. Por ejemplo, el uso de transporte marítimo en lugar de aéreo o terrestre para mover grandes volúmenes de materiales redujo las emisiones de manera sustancial.

Otro resultado clave es que la fuga de carbono no solo se produce durante la fase de construcción, sino también a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto, desde el diseño hasta la demolición. Las emisiones asociadas al diseño, el transporte y el montaje de los materiales también representan una parte significativa del impacto ambiental total de los proyectos.

Implicaciones del estudio

Este estudio tiene importantes implicaciones para los responsables políticos y las empresas constructoras. En primer lugar, los autores destacan la necesidad de desarrollar políticas más eficaces para gestionar la fuga de carbono en el comercio internacional. Las políticas actuales, como los ajustes en las fronteras de carbono (Carbon Border Adjustment Mechanisms, CBAM), son un buen paso hacia la reducción de la fuga de carbono, pero no son suficientes si no se aplican de manera coordinada a nivel global. Los investigadores sugieren que las empresas que participan en proyectos internacionales de construcción deben tener en cuenta no solo el coste económico, sino también el impacto ambiental y la huella de carbono de sus operaciones.

Por otro lado, el estudio subraya la importancia de optimizar las cadenas de suministro internacionales para reducir las emisiones de carbono. Esto implica seleccionar cuidadosamente los materiales, gestionar de manera eficiente el transporte y adoptar tecnologías más limpias durante el proceso de construcción. Los investigadores argumentan que los esfuerzos por reducir las emisiones deben extenderse a todas las fases del proyecto, no solo a la construcción, y que las empresas deben colaborar más estrechamente con los gobiernos para diseñar estrategias eficaces de mitigación del carbono.

Conclusiones

En resumen, el estudio ofrece una herramienta valiosa para evaluar y mitigar las emisiones y fugas de carbono en proyectos de construcción internacionales. Al utilizar un enfoque matemático riguroso y bases de datos internacionales de alto nivel, este trabajo proporciona un marco científico sólido para ayudar a los gobiernos y a las empresas a tomar decisiones más informadas sobre cómo reducir el impacto ambiental de sus proyectos.

Este enfoque no solo es relevante para los proyectos de infraestructura a gran escala, sino que también tiene el potencial de influir en la forma en que las políticas de carbono se diseñan e implementan a nivel global. La investigación concluye que, aunque los costes iniciales de adoptar prácticas más sostenibles pueden ser elevados, los beneficios a largo plazo, tanto en términos económicos como ambientales, justifican plenamente esta inversión.

Referencia:

ZHOU, Z.; WANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects. Scientific Reports, 14: 10752. DOI:10.1038/s41598-024-59531-4

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Técnica innovadora optimiza estructuras de hormigón y reduce emisiones de CO₂ al considerar la interacción suelo-estructura

El artículo científico, titulado «Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction» y publicado recientemente en Engineering Structures, una de las revistas de mayor impacto en ingeniería civil, aborda un desafío clave en la ingeniería estructural: cómo optimizar el diseño de estructuras de hormigón armado para minimizar su impacto ambiental, con especial atención a la reducción de las emisiones de CO₂.

Esta investigación es el resultado de una colaboración internacional realizada en el marco de los proyectos HYDELIFE y RESILIFE, cuyo investigador principal es Víctor Yepes, y es fruto de una colaboración internacional entre investigadores de Cuba, Brasil y España.

Contexto de la investigación

La optimización estructural ha sido ampliamente explorada en las últimas décadas debido a la creciente necesidad de reducir los costes de construcción y el uso de materiales, todo ello mientras se minimiza el impacto ambiental. En el caso de las estructuras de hormigón armado, que son esenciales en la construcción de edificios y obras de infraestructura, optimizar su diseño conlleva implicaciones significativas en cuanto al ahorro de recursos y la reducción de las emisiones de CO₂.

Los problemas de optimización estructural pueden resolverse mediante métodos exactos, como la programación matemática, o mediante métodos heurísticos que imitan procesos naturales (como la evolución genética o el comportamiento de enjambres). Aunque los métodos heurísticos son más eficientes para problemas complejos y no lineales, como los que involucran grandes estructuras tridimensionales, requieren un alto coste computacional. Para abordar este problema, los autores proponen el uso de metamodelos, que son modelos simplificados que permiten realizar simulaciones con un consumo computacional mucho menor sin sacrificar demasiada precisión. En este estudio, se utiliza un metamodelo basado en Kriging, una técnica que permite aproximar el comportamiento de estructuras complejas.

Además, el estudio introduce una novedad crucial: la inclusión de la interacción suelo-estructura (SSI, por sus siglas en inglés) durante el modelado. Esta interacción, que muchas veces se ignora en los modelos tradicionales, afecta significativamente al comportamiento de la superestructura (el marco de hormigón). Ignorarla puede dar lugar a diseños menos precisos que no tienen en cuenta los asentamientos diferenciales del suelo, lo que puede provocar tensiones adicionales y un mayor deterioro de las estructuras con el tiempo.

Metodología

La investigación emplea un enfoque combinado de optimización heurística convencional y una estrategia basada en Kriging para optimizar marcos espaciales de hormigón armado. El objetivo es reducir las emisiones de CO₂ de las estructuras optimizadas, en línea con los esfuerzos para disminuir el impacto ambiental del sector de la construcción. El estudio incluye tres estudios de caso, cada uno con diferentes configuraciones estructurales (variando la longitud de los vanos y el número de niveles de las estructuras) para generalizar los resultados.

El elemento clave en esta investigación es la inclusión de la interacción suelo-estructura, que afecta al comportamiento global del sistema. Los autores utilizan un modelo de Winkler, que representa el suelo como un conjunto de resortes con rigidez variable en función de las características del suelo, y lo implementan en dos tipos de suelos: uno cohesivo y otro granular. Esta diferenciación es importante porque cada tipo de suelo responde de manera distinta a las cargas, lo que provoca asentamientos que, en última instancia, influyen en las tensiones de la superestructura. La plataforma CSi-SAP2000 se utilizó como motor de cálculo, mientras que el análisis geotécnico y estructural se integró mediante MATLAB.

Resultados

Uno de los hallazgos más destacados del estudio es que la inclusión de la interacción suelo-estructura modifica significativamente los diseños estructurales. En general, las estructuras diseñadas teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura requieren más material (mayores cantidades de hormigón y acero), lo que refleja el aumento de tensiones debido a los asentamientos diferenciales. Por ejemplo, en comparación con un modelo con soportes rígidos ideales, las estructuras que consideran la inclusión de la interacción suelo-estructura muestran un aumento del 12,03 % en las emisiones de CO₂ en suelos cohesivos y hasta un 18,81 % en suelos friccionales.

Los elementos estructurales más afectados por la interacción suelo-estructura son las columnas. Esto se debe a que los asentamientos diferenciales incrementan los momentos flectores en las columnas, lo que requiere un refuerzo adicional y secciones más grandes para resistir las nuevas tensiones. En algunos casos, las emisiones de CO₂ asociadas a las columnas aumentaron más del 60 % al considerar la interacción con el suelo. Los resultados son especialmente marcados en suelos granulares, donde los asentamientos diferenciales son más pronunciados.

Además, la metodología basada en metamodelos, asistida por la técnica de Kriging, demostró ser eficaz para lograr optimizaciones con un alto grado de precisión (hasta un 98,24 % en suelos cohesivos y un 98,10 % en suelos granulares), todo ello reduciendo el tiempo de cálculo en aproximadamente un 90 % en comparación con los métodos heurísticos convencionales.

Implicaciones

Este estudio tiene importantes implicaciones prácticas para el diseño de estructuras de hormigón armado. La inclusión de la interacción suelo-estructura permite obtener diseños más robustos y precisos, lo que reduce el riesgo de fallos prematuros y la necesidad de costosos trabajos de mantenimiento a largo plazo. Los modelos que no tienen en cuenta la interacción suelo-estructura pueden dar como resultado estructuras que inicialmente parecen eficientes, pero que con el tiempo se deterioran más rápidamente debido a las tensiones adicionales no previstas. Por tanto, incluir esta interacción desde el inicio del diseño mejora significativamente la durabilidad y la fiabilidad de las estructuras.

Desde el punto de vista ambiental, el uso de metamodelos para optimizar estructuras de hormigón supone un importante avance. Al reducir el material necesario y mejorar la eficiencia estructural, se contribuye a la reducción de las emisiones de CO₂, un objetivo clave en la lucha contra el cambio climático. Además, la metodología propuesta ofrece un enfoque más sostenible al disminuir los recursos computacionales necesarios para realizar simulaciones complejas.

En conclusión, la inclusión de la interacción suelo-estructura y el uso de metamodelos basados en Kriging suponen una contribución innovadora al campo de la ingeniería estructural. Esta investigación no solo proporciona mejores resultados de diseño, sino que también tiene el potencial de reducir el impacto ambiental de las estructuras de hormigón armado, lo que hace que el sector de la construcción sea más sostenible y eficiente.

Referencia:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction. Engineering Structures, 293:116657. DOI:10.1016/j.engstruct.2023.116657

 

Edificios modulares de acero: una opción sostenible y resistente en zonas sísmicas

Un estudio reciente, titulado «Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings» y publicado en la prestigiosa revista Heliyon, ha evaluado los beneficios de los edificios modulares prefabricados (PVMB) diseñados para resistir terremotos.

La investigación, liderada por expertos de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Central del Ecuador, se llevó a cabo en el marco del proyecto RESILIFE y comparó cuatro sistemas estructurales, tres de ellos basados en tecnología modular (dos de hormigón armado y uno de acero), y un sistema convencional de hormigón armado in situ, en una zona de alto riesgo sísmico.

El análisis tuvo en cuenta tanto los impactos económicos como ambientales a lo largo de todo el ciclo de vida de los edificios, desde la fabricación hasta la fase final de demolición.

 

Contexto del estudio

El sector de la construcción es responsable de una parte importante del consumo de recursos y de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel global. Dado que el crecimiento poblacional y la demanda de infraestructuras siguen aumentando, las tecnologías como los edificios modulares prefabricados ofrecen una alternativa innovadora para reducir el impacto ambiental. Estos sistemas, que permiten construir fuera del emplazamiento y ensamblar los módulos en la obra, prometen reducir los tiempos y los costes de construcción en un 50 % y un 30 %, respectivamente, lo que los convierte en una opción atractiva en términos de sostenibilidad y eficiencia.

Sin embargo, la adopción de estas tecnologías en áreas sísmicas aún se enfrenta a barreras, principalmente por la necesidad de demostrar su capacidad para resistir cargas sísmicas y por la percepción de altos costes iniciales. Por ello, el estudio se centró en realizar un análisis integral de la vida útil para cuantificar estos beneficios y compararlos con las técnicas de construcción convencionales.

Metodología

El estudio evaluó un hospital de cuatro pisos situado en Quito, Ecuador, una región con un alto nivel de actividad sísmica debido a la presencia de dos fuentes principales de terremotos: una zona de subducción y un sistema de fallas activas. Se evaluaron cuatro soluciones estructurales:

  1. Un sistema convencional de hormigón armado construido in situ.
  2. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones húmedas (prefabricación con ensamblaje mediante hormigonado en obra).
  3. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones secas (ensamblaje mediante pernos y juntas metálicas).
  4. Un sistema modular de acero.

El análisis abarcó las etapas de fabricación, construcción, uso y fin de vida, y evaluó tanto el impacto ambiental como el coste económico. Para ello, se utilizaron indicadores como la cantidad de materiales empleados, las emisiones de gases de efecto invernadero y los costes asociados a cada etapa, desde la producción de los módulos hasta su mantenimiento y demolición.

Resultados principales

Los resultados revelaron que, aunque el sistema modular de acero es el más costoso en términos de construcción inicial (un 60 % más caro que el sistema convencional), presenta los mejores resultados en términos de sostenibilidad. Este sistema mostró una reducción significativa en los impactos ambientales, con una disminución del 43 % en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el sistema tradicional de hormigón. Además, los ciclos de mantenimiento fueron menores, lo que implica una mayor durabilidad y menos intervenciones durante su vida útil.

Por otro lado, las alternativas de hormigón modular, si bien también ofrecían beneficios en cuanto a reducción del tiempo de construcción, presentaban mayores impactos ambientales debido al uso intensivo de hormigón y acero de refuerzo. De hecho, el sistema modular con conexiones húmedas resultó ser el menos favorable desde el punto de vista ambiental, con un impacto un 52 % mayor que el sistema convencional.

Implicaciones del estudio

Este trabajo tiene importantes implicaciones para la construcción en zonas sísmicas. Los autores sugieren que los métodos de construcción modulares no solo son viables desde el punto de vista técnico, sino también en términos de sostenibilidad ambiental, siempre y cuando se adopten las soluciones más eficientes, como el uso de estructuras de acero. Aunque los sistemas modulares de acero son más caros, ofrecen ventajas claras en cuanto a durabilidad, menor impacto ambiental y reducción de los costos de mantenimiento a lo largo de su vida útil.

El estudio también pone de relieve la importancia de evaluar no solo los costes iniciales de construcción, sino todo el ciclo de vida de las infraestructuras. Las decisiones basadas únicamente en el precio de construcción pueden dar como resultado infraestructuras menos sostenibles a largo plazo, mientras que un enfoque integral, que tenga en cuenta el impacto ambiental y los costes futuros, puede conducir a mejores decisiones tanto para el medio ambiente como para la economía.

Conclusiones

En resumen, este estudio aporta valiosas evidencias a favor del uso de edificios modulares prefabricados, especialmente en zonas de alto riesgo sísmico. Los resultados indican que el uso de sistemas modulares de acero puede ser clave para mejorar la sostenibilidad de las infraestructuras, reducir las emisiones y asegurar una mayor durabilidad de los edificios. Las conclusiones de esta investigación son relevantes no solo para el ámbito académico, sino también para los responsables de las políticas públicas y los profesionales de la construcción que buscan soluciones más sostenibles y eficientes para las ciudades del futuro.

Referencia:

GUAYGUA, B.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings. Heliyon, 10(20), e39458. DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e39458

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Métodos modernos de construcción mejoran la sostenibilidad de estructuras en entornos costeros agresivos

Un estudio reciente, titulado «Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment» ha sido publicado en el Journal of Building Engineering, una de las revistas de mayor prestigio en el ámbito de la ingeniería civil. Desarrollado en el marco del proyecto RESILIFE, investiga la sostenibilidad del mantenimiento preventivo de estructuras de hormigón armado en entornos agresivos, como las zonas costeras, donde la corrosión por cloruros representa una amenaza constante.

El trabajo se centra en aplicar métodos modernos de construcción (MMC) para optimizar el impacto ambiental, económico y social de las estructuras a lo largo de su ciclo de vida.

Contexto del estudio

La industria de la construcción es una de las mayores consumidoras de recursos no renovables y genera un impacto significativo en el medio ambiente. En la Unión Europea, el sector es responsable de más del 40 % del consumo energético y de un 36 % de las emisiones de CO₂. Ante este escenario, iniciativas como el Green Deal Europeo buscan mitigar estos impactos y alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. En este contexto, los métodos de construcción sostenibles y eficientes han adquirido una gran relevancia. En este contexto, los MMC emergen como una alternativa innovadora que combina materiales convencionales con técnicas constructivas no convencionales, enfocadas en mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental.

El objetivo de la investigación fue aplicar estos métodos a la construcción de estructuras de hormigón en áreas costeras, específicamente un edificio residencial público situado frente al mar en Sancti Petri (Cádiz). En el estudio se analizaron diez opciones de diseño para las losas de hormigón armado, considerando factores como la economía, el impacto ambiental y social, y los ciclos de mantenimiento preventivo que cada opción requeriría durante la vida útil del edificio, estimada en 50 años.

Metodología y opciones de diseño

El estudio se centró en evaluar la durabilidad y sostenibilidad de diferentes alternativas de diseño en condiciones adversas, como la exposición constante a cloruros, que aceleran la corrosión del refuerzo de acero en el hormigón. Para ello, se evaluaron varias técnicas, entre ellas la adición de humo de sílice al 5 %, cenizas volantes, el uso de cemento sulforresistente o el incremento de la capa de recubrimiento del hormigón. También se consideraron medidas como la protección catódica y el uso de inhibidores de corrosión hidrofóbicos, con el fin de minimizar los ciclos de mantenimiento necesarios para preservar la estructura.

Resultados más relevantes

Los resultados indicaron que el empleo de hormigón con un 5 % de humo de sílice fue la opción más sostenible en términos económicos y ambientales, ya que redujo significativamente los ciclos de mantenimiento. Este material mostró una excelente resistencia a la corrosión, por lo que se redujeron las reparaciones necesarias durante los 50 años de vida útil del edificio. Además, la impregnación hidrofóbica resultó eficaz para reducir los impactos sociales, puesto que requiere menos intervenciones durante la fase de mantenimiento, lo que reduce los riesgos laborales y los costes sociales asociados.

El estudio también subraya la importancia de adoptar un enfoque holístico en la evaluación de la sostenibilidad. En lugar de centrarse solo en los aspectos económicos o ambientales, los autores emplearon un método de toma de decisiones multicriterio que integra estos factores junto con el impacto social. De hecho, la investigación reveló que una opción basada en el uso de cemento sulforresistente logró un aumento del 86 % en su calificación de sostenibilidad en comparación con el diseño de referencia.

Implicaciones y conclusiones

Este trabajo tiene importantes implicaciones para el diseño y el mantenimiento de infraestructuras en entornos expuestos a condiciones agresivas. Los autores sugieren que el enfoque tradicional, que a menudo se centra en minimizar los costes iniciales de construcción, debe reorientarse hacia una estrategia a largo plazo que considere todo el ciclo de vida de la estructura. De este modo, no solo se puede garantizar la viabilidad económica, sino también la reducción del impacto ambiental y social de las construcciones.

Además, el estudio pone de relieve la necesidad de promover políticas y normativas que incentiven el uso de materiales duraderos y métodos de mantenimiento preventivo, especialmente en zonas costeras, donde los edificios son particularmente vulnerables a la corrosión. El uso de métodos modernos de construcción (MMC) y la evaluación integral del ciclo de vida podrían ser claves para cumplir con los objetivos de sostenibilidad globales y garantizar la durabilidad de las infraestructuras frente a los desafíos ambientales futuros.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2024). Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment. Journal of Building Engineering, 95:110155. DOI:10.1016/j.jobe.2024.110155

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Os dejo un podcast (en inglés) sobre este artículo. Espero que os guste.

Redes neuronales y metamodelos Kriging para la optimización de la energía en puentes losa pretensados

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Sustainability, indexada en el JCR. El artículo evalúa la eficacia de las redes neuronales artificiales y de los modelos sustitutos de Kriging para optimizar la energía incorporada de los puentes de losas pretensadas, y proporciona recomendaciones prácticas para mejorar el diseño y la sostenibilidad.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE , que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

A continuación, se presenta un resumen sintético del trabajo.

 

 

Introducción

  • La industria de la construcción contribuye significativamente al consumo mundial de energía y a las emisiones de gases de efecto invernadero, lo que suscita un interés creciente por mejorar las prácticas de sostenibilidad.
  • El hormigón pretensado destaca por sus ventajas, que incluyen la durabilidad, la reducción del mantenimiento y la rapidez de construcción, a pesar de los costes iniciales más altos que los de los métodos tradicionales.
  • Las investigaciones indican que existe una brecha en la optimización de la energía incorporada en los puentes de losas de hormigón, lo que exige una mayor exploración y el uso de metodologías innovadoras, como el Kriging y las redes neuronales artificiales, para optimizar su diseño de manera efectiva.

Descripción de la cubierta del puente de losa aligerada

  • Los diseñadores suelen utilizar una relación canto/luz de 1/25 para las losas de carreteras con el fin de garantizar su integridad estructural. Los diseños de losas aligeradas ofrecen ventajas en rigidez frente a la flexión y en adaptabilidad.
  • El estudio se centra en una configuración de losas aligeradas pretensadas adecuada para los pasos superiores, con el objetivo de mejorar la eficiencia del diseño y el rendimiento estructural.
  • La teoría del estado límite se emplea para verificar la resistencia estructural mediante software avanzado para el modelado tridimensional y el análisis de cargas.
Figura 2. Imagen aérea de la estructura, situada en Cocentaina (Alicante). Imagen: Google Maps.

Metodología

  • El estudio analiza varios materiales, incluidos tipos específicos de acero y calidades de hormigón, para optimizar el diseño del puente de losa aligerada.
  • Se utilizan dos metamodelos predictivos, Kriging y redes neuronales, con el fin de optimizar el diseño propuesto del puente de losas.
  • La metodología incluye una fase de diversificación para la optimización inicial y otra de intensificación para refinar los resultados, midiendo los errores de predicción mediante el error cuadrático medio (RMSE).

Metamodelo Kriging

  • Kriging se emplea para estimar las necesidades de energía del puente de losas, utilizando un enfoque determinista que proporciona respuestas consistentes basadas en los datos de entrada.
  • La «caja de herramientas de Kriging de MATLAB» se utiliza para crear un modelo sustituto, y el LHS (LHS) mejora el proceso de muestreo para representar mejor el espacio de diseño.
  • Este método permite realizar pruebas computacionales eficientes y, al mismo tiempo, minimizar los errores sistemáticos, lo que lo hace adecuado para tareas complejas de optimización estructural.

Red neuronal artificial

  • Las ANN están estructuradas en capas de neuronas, donde las capas ocultas utilizan funciones sigmoide para procesar las entradas y la capa de salida emplea funciones lineales para realizar las predicciones.
  • El modelo de perceptrón multicapa (MLP) destaca por su capacidad para aproximar funciones de manera eficaz, basándose en el algoritmo de retropropagación para el entrenamiento.
  • El estudio hace hincapié en la importancia de la validación cruzada para evitar el sobreaprendizaje y garantizar un rendimiento sólido de la red neuronal en distintos conjuntos de datos.

Visualización de los datos observados

  • La gráfica de contorno de los datos observados revela múltiples valores óptimos locales, lo que evidencia la complejidad del problema de optimización y las limitaciones de los modelos de regresión tradicionales.
  • Esta complejidad requiere el uso de modelos predictivos avanzados para identificar con precisión las soluciones óptimas en el espacio de diseño.

Comparación de modelos predictivos

  • Los modelos de Kriging son deterministas, mientras que las redes neuronales incorporan variabilidad al basarse en la selección aleatoria de datos para su entrenamiento y validación.
  • El rendimiento de la red neuronal se estabiliza mediante múltiples ejecuciones, lo que permite una comparación más fiable entre los valores medios y las predicciones de Kriging.

Análisis de errores

  • El promedio de las predicciones de la red neuronal coincide estrechamente con los resultados del modelo de Kriging, aunque la red neuronal presenta un error cuadrático medio (MSE) y un error cuadrático medio (RMSE) más bajos.
  • El análisis destaca la necesidad de una evaluación exhaustiva de la capacidad de la red neuronal para identificar los valores óptimos, comparando las predicciones en todos los puntos de datos.

Recomendaciones prácticas

  • El estudio proporciona recomendaciones prácticas para reducir las emisiones en los puentes de losas pretensadas, incluidas directrices específicas sobre el contenido de hormigón y de refuerzo.
  • Los hallazgos sugieren que tanto las redes neuronales como las de Kriging pueden identificar eficazmente los valores óptimos locales, lo que ayuda a los ingenieros estructurales a optimizar los diseños para obtener beneficios económicos y ambientales.
  • Haciendo hincapié en la importancia de los modelos sustitutivos, la investigación aboga por su uso para perfeccionar los procesos de diseño y mejorar los resultados en materia de sostenibilidad.

Conclusiones

  • Se subraya la complejidad de la superficie de respuesta al consumo de energía, ya que tanto el Kriging como las redes neuronales predicen valores superiores a los observados.
  • El modelo de Kriging muestra un error relativo menor en las predicciones óptimas locales en comparación con la red neuronal, que, sin embargo, muestra un rendimiento de RMSE superior.
  • El estudio concluye que, si bien Kriging proporciona resultados deterministas, las redes neuronales requieren múltiples iteraciones para estabilizar los resultados, lo que aporta información valiosa para optimizar los diseños estructurales.

ABSTRACT:

The main objective of this study is to assess and contrast the efficacy of distinct spatial prediction methods in a simulation aimed at optimizing the embodied energy during the construction of prestressed slab bridge decks. A literature review and cross-sectional analysis have identified crucial design parameters that directly affect the design and construction of bridge decks. This analysis determines the critical design variables to improve the deck’s energy efficiency, providing practical guidance for engineers and professionals in the field. The methods analyzed in this study are ordinary Kriging and a multilayer Perceptron neural network. The methodology involves analyzing the predictive performance of both models through error analysis and assessing their ability to identify local optima on the response surface. Results show that both models generally overestimate observed values. The Kriging model with second-order polynomials yields a 4% relative error at the local optimum, while the neural network achieves lower root-mean-square errors (RMSE). Neither the Kriging model nor the neural network provides precise predictions, but points to promising solution regions. Optimizing the response surface to find a local minimum is crucial. High slenderness ratios (around 1/28) and a concrete grade of 40 MPa are recommended to improve energy efficiency.

KEYWORDS:

bridges; embodied energy; optimization; prestressed concrete; artificial neural network; surrogate model; Kriging; sustainability

REFERENCE:

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Artificial neural network and Kriging surrogate model for embodied energy optimization of prestressed slab bridges. Sustainability, 16(19), 8450; DOI:10.3390/su16198450

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Estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras

Os presento un Manual de Referencia sobre estructuras auxiliares (andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras). Este libro aborda de manera amplia las estructuras auxiliares utilizadas en la construcción, abarcando tanto el ámbito de la edificación como el de las obras de ingeniería civil. El libro trata de los aspectos relacionados con los apeos y apuntalamientos, las entibaciones, los andamios, los encofrados y las cimbras. La novedad de esta obra radica en el tratamiento constructivo de estas técnicas, en el que las fotografías e ilustraciones aportan valor a las explicaciones del texto. Además de incluir una amplia bibliografía, se aportan cuestiones de autoevaluación con respuestas para el aprendizaje de los conceptos más importantes, así como problemas resueltos. Es un libro de texto dirigido a estudiantes de ingeniería y arquitectura, con una marcada orientación hacia la construcción. No obstante, también se estructura como un manual de consulta para los profesionales relacionados con el proyecto y la construcción de obras. Además, este libro complementa los aspectos constructivos de otros textos estructurales o geotécnicos, más orientados a la teoría y a los problemas.

El libro está editado a todo color, con 406 páginas, 279 fotografías y dibujos, así como 241 preguntas tipo test (con sus respuestas), y un total de 20 ejercicios totalmente resueltos.

El libro lo podéis conseguir en la siguiente dirección: https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_477-5-1

SOBRE EL AUTOR:

Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Consejero del Sector de Docencia e Investigación del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València. Es investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE). Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.

Referencia:

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

A continuación, os podéis descargar las primeras páginas del libro y su índice:

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Hormigonado con tubería Tremie

Figura 1. Hormigonado con tubería Tremie

El método tremie, de llenado por flujo inverso, se utiliza para hormigonar elementos estructurales de difícil acceso, como, por ejemplo, pantallas y pilotes, especialmente en presencia del nivel freático o en excavaciones en las que se empleen lodos de perforación. Con este procedimiento, el hormigón se coloca mediante un tubo vertical de acero cuyo extremo superior presenta forma de embudo. El extremo inferior del tubo se mantiene sumergido en el hormigón fresco sin contacto con el agua.

El hormigón se bombea de forma continua a través de una tubería, deslizándose hacia el fondo y desplazando el agua y las impurezas hacia la superficie. El tubo se coloca por tramos de distintas longitudes para adaptarse a la profundidad del elemento que se va a hormigonar, y está provisto de un embudo en la parte superior, así como de elementos de sujeción y de suspensión.

En el fondo del tubo tremie hay una válvula que evita que el hormigón entre en contacto con el agua. El tubo debe llegar hasta el fondo de la perforación antes de iniciar el vertido del hormigón. Al principio, se debe elevar algunos centímetros para poner en marcha el flujo de hormigón y asegurar un buen contacto entre este y el fondo de la perforación. Se debe evitar el contacto con el agua. Antes de retirar el tubo por completo, se debe verter en la superficie suficiente hormigón como para desplazar toda el agua y el hormigón diluido. El hormigón debe fluir fácilmente hacia su ubicación final y consolidarse por su propio peso, sin segregación ni vibración que incorpore agua a su masa, lavando el cemento y con la consecuente formación de bolos de arena y grava débilmente cementados.

Los tubos Tremie por gravedad deben tener un diámetro interior mínimo de 150 mm o 6 veces el tamaño máximo del árido, lo que sea mayor, según la norma EN 1536. Por lo general, se emplea un diámetro de 250 mm. En el caso de los sistemas Tremie a presión (líneas de bombeo), el diámetro puede ser inferior a 150 mm. Los tubos deben ser de acero, ya que el aluminio reacciona con el hormigón y se desprende del lodo de perforación.

Los tramos de tubería deben conectarse mediante un acoplamiento completamente estanco al agua. La longitud habitual de estos tramos varía entre 1 y 5 m. Se prefieren longitudes más largas porque tienen menos juntas, aunque el orden de colocación de las diferentes longitudes debe considerarse según las condiciones específicas de la obra, como la profundidad de la excavación, la altura de la tolva y el empotramiento en la primera retirada del tubo, así como durante las últimas descargas a baja presión hidrostática.

En general, los tubos deben separarse en cada junta tras cada uso y guardarse en un soporte Tremie para una limpieza adecuada. Se han producido roturas en las uniones durante la manipulación del Tremie, por lo que se recomienda realizar inspecciones visuales completas.

Tremie
Figura 2. Embudo en la parte superior del tubo Tremie y elementos de sujeción y suspensión

Los tubos sin juntas pueden utilizarse en excavaciones de poca profundidad, siempre que su manipulación lo permita. La tolva debe tener el mayor volumen posible para garantizar un suministro continuo de hormigón al tubo durante su colocación inicial. Los tubos deben ser lisos, limpios y rectos para minimizar la resistencia por fricción al flujo de hormigón.

Los pilotes suelen ser circulares y, por lo general, basta con una tubería central dentro de la perforación. Para los muros de pantalla, las normas establecen distintos límites para la distancia de flujo horizontal, que van de 1,8 a 2,5 m, con un máximo de 3 m. Se recomienda limitar la distancia a 2 m. Distancias mayores, de hasta 3 m, podrían ser aceptables si se ha demostrado que la trabajabilidad del hormigón es suficiente, combinada con una separación adecuada entre las barras de armadura y un recubrimiento de hormigón superior a los valores mínimos establecidos. Los ensayos a escala real o las simulaciones numéricas, en particular mediante estudios comparativos, pueden ayudar a determinar los valores adecuados.

Los tubos deben colocarse de la manera más simétrica posible para evitar subidas irregulares del nivel del hormigón. En el caso de un solo tubo, este debe colocarse en el centro. Si se utilizan dos tubos, deben situarse aproximadamente a 1/4 de la longitud del panel, uno desde cada extremo.

El inicio del hormigonado es uno de los pasos más críticos del proceso de vertido, ya que el primer hormigón debe separarse del lodo de perforación.

En el método de hormigonado inicial en seco (a menudo confundido con el «vertido en seco»), el extremo del tubo está cerrado y el hormigón solo entra en contacto con el fluido de soporte una vez que sale del tubo. Se coloca una placa de acero o de madera contrachapada con un anillo de sellado en la parte inferior del tubo para mantener el fluido de perforación fuera de la tubería durante su descenso al fondo de la excavación. A continuación, se descarga el hormigón directamente en el tubo seco, elevándolo entre 0,1 m y 0,2 m para permitir que el hormigón fluya en la excavación. En vertidos profundos, puede ser difícil evitar que el fluido entre en el tubo a través de las juntas o que flote.

Con el método de colocación inicial en húmedo, se debe utilizar un medio de separación cuando el tubo esté lleno de fluido. Ejemplos de estos «tapones» incluyen gránulos de vermiculita (posiblemente agrupados en un saco), pelotas de goma inflables, esponjas y bolas o cilindros de espuma. A veces se utiliza una placa de acero en la base de la tolva que se levanta con una grúa cuando la tolva está llena. El tapón debe evitar que la carga inicial de hormigón se mezcle con el fluido de perforación, lo que provocaría segregación en el tremie.

Para iniciar el hormigonado, el tubo debe bajarse hasta el fondo de la excavación y luego levantarse una pequeña altura (no mayor que el diámetro del tubo) para iniciar el flujo de hormigón y permitir que el tapón salga por la base del tremie. El tapón deslizante de vermiculita debe tener una longitud equivalente a dos veces el diámetro del tubo y no debe levantarse más de 0,2 m por encima de la base. Por razones prácticas, el método de colocación inicial en húmedo es el preferido.

La Figura 3 muestra las condiciones de presión antes y durante las etapas del vertido y destaca que, antes del primer corte, el tubo debe estar lo suficientemente sumergido. No obstante, debido a los aspectos dinámicos del flujo del hormigón, el nivel real de hormigón en el tubo, especialmente después de una interrupción tras el vertido inicial, puede ser más bajo que el punto de equilibrio hidrostático, tal como indica la Figura 3.

Figura 3. Fases de hormigonado tremie

El nivel de hormigón necesario debe evaluarse para cada condición específica del lugar. Sin embargo, en la mayoría de los casos, según la norma EN 1536, se requiere un mínimo de 5 m o 6 m antes del primer corte del tremie. Es esencial contar con un volumen suficiente de hormigón en la obra, definido como la cantidad necesaria para alcanzar la altura mínima antes del vertido.

El tremie requiere un mínimo de empotramiento en el hormigón previamente vertido. Las normas de ejecución europeas (EN 1536 y EN 1538) establecen un empotramiento mínimo que varía entre 1,5 y 3 m, siendo los valores más altos aplicables a excavaciones de mayor tamaño. En general, en la práctica se acepta un empotramiento mínimo de 3 m.

Cuando se utiliza una entubación recuperable durante el vertido de hormigón al tremie, es importante considerar la extracción de los tramos de entubación al determinar el empotramiento mínimo del tremie. La extracción de los tramos de entubación recuperable provocará un descenso del nivel del hormigón, ya que se ocupará el espacio anular dejado por la entubación. Antes de retirar un tramo de entubación, la profundidad de empotramiento del Tremie debe ser suficiente para garantizar que se mantenga el empotramiento mínimo requerido tras el descenso del hormigón.

Cuando se utilizan dos o más tubos tremie, el extremo inferior de los tubos debe mantenerse a un nivel uniforme, salvo que la base esté escalonada y requiera medidas especiales iniciales.

Para asegurar un flujo adecuado del hormigón, el peso del hormigón dentro de la tubería tremie debe superar:

  • La resistencia fuera de la base del tubo tremie (presión hidrostática del fluido).
  • La resistencia del hormigón ya vertido.
  • La fricción entre el hormigón y la superficie interna de la tubería Tremie.

Algunos autores se refieren al «punto de equilibrio hidrostático» como el momento en que la fuerza de gravedad dentro del tremie se equilibra con la resistencia al flujo (véase la figura 3). Cuando se añade hormigón por encima de este punto de equilibrio, se produce flujo de hormigón. A mayor velocidad de vertido, más rápido será el flujo a través de la salida del tremie.

El hormigón debe fluir libremente por el tremie sin necesidad de bombeo, es decir, sin requerir elevación ni descenso frecuentes del tremie. Subir y bajar el tremie para mantener el flujo indica falta de trabajabilidad. Esto puede afectar a la configuración del flujo de hormigón y conlleva el riesgo de mezcla con el fluido de perforación y con material contaminado en la parte superior del hormigón, lo que puede dar lugar a la acumulación de detritos.

Os dejo algunos vídeos sobre este método de vertido del hormigón. Espero que os gusten.

Colocación de una tubería tremie:

Hormigonado de un muro pantalla con tubería tremie:

Lubricación de una tubería tremie con lechada de cemento:

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Referencias:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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