Categoría: estructuras

Cómo se construye la confianza: claves del control de calidad en las estructuras de edificación

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.

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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.

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Curso:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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El puente de Quebec: la doble tragedia que forjó el «Anillo de Hierro» de los ingenieros

Puente de Quebec, Canadá. Por Murielle Leclerc, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=20033047

Introducción: El puente que tuvo que caer para enseñar a construir.

Las grandes obras de la humanidad a menudo esconden historias de sacrificio y fracaso. Las estructuras que hoy admiramos por su grandeza fueron, en su momento, escenarios de tragedias que nos obligaron a aprender de la peor manera posible. Pocos ejemplos son tan crudos y reveladores como el del puente de Quebec, en Canadá. Su historia no solo es la de un colapso, sino también la de una catástrofe que sacudió los cimientos de la ingeniería y redefinió para siempre el significado de construir con responsabilidad.

La catástrofe del puente de Quebec no solo fue una tragedia de acero retorcido y vidas perdidas, sino también el catalizador que forjó una nueva conciencia ética en toda una profesión. Su legado no se mide en toneladas de acero, sino en los principios que hoy rigen la profesión de la ingeniería en Canadá y en todo el mundo.

A continuación, desvelamos cinco datos impactantes y poco conocidos sobre su catastrófica construcción que transformaron la ingeniería moderna.

1. El desastre ocurrió dos veces, no una.

La memoria colectiva recuerda el estruendoso colapso de 1907, pero la trágica historia del puente de Quebec no terminó ahí. La estructura falló catastróficamente en dos ocasiones distintas, con nueve años de diferencia entre ellas.

El primer colapso, ocurrido el 29 de agosto de 1907, se produjo durante la fase final de la construcción del brazo sur. Sin previo aviso, casi 19 000 toneladas de acero se precipitaron al río San Lorenzo en menos de 15 segundos. El estruendo fue tan violento que los habitantes de la ciudad de Quebec, situada a diez kilómetros de distancia, creyeron que se trataba de un terremoto. Murieron 75 trabajadores (otras fuentes hablan de 76). La investigación posterior determinó que la causa inmediata había sido el fallo por pandeo del cordón de compresión A9L, una viga masiva situada cerca del pilar principal, debido a un diseño deficiente de su entramado interno.

Desastre del puente de Quebec. Restos tras el colapso del tramo sur en 1907, que causó la muerte de 75 personas. Courtesy of Dominion Bridge Company Ltd./Library and Archives Canada/PA-109498

El segundo colapso (11 de septiembre de 1916) ocurrió durante el rediseño y la reconstrucción del puente. Mientras se izaba la sección central de 5000 toneladas para conectar los dos brazos del puente, se fracturó una pieza de fundición del equipo de elevación. La enorme pieza de acero se desplomó al río ante la mirada de miles de espectadores, llevándose la vida a otros trece trabajadores.

Como sombrío monumento a la tragedia, esa sección central, caída en 1916, todavía descansa en el lecho del río San Lorenzo. Este doble desastre subrayó la inmensa dificultad del proyecto y la necesidad de revisar por completo las prácticas y la ética de la ingeniería.

2. La «arrogancia» de un solo ingeniero fue la causa raíz.

El colapso de 1907 no fue un simple error de cálculo, sino que, en gran medida, fue el resultado de la soberbia profesional. La Comisión Real de Investigación, creada para analizar el desastre, señaló a un responsable principal: Theodore Cooper, uno de los ingenieros de puentes más prestigiosos de Estados Unidos de su época.

La arrogancia de Cooper se puso de manifiesto en una serie de decisiones fatales. La más grave fue ordenar, para ahorrar costes, alargar el vano principal del puente de 490 a 550 metros. Como concluyó la Comisión, se cometió «un grave error al asumir el peso muerto en los cálculos con un valor demasiado bajo y al no revisar posteriormente esta suposición». El peso real de la estructura era entre un 10 % y un 30 % mayor que el calculado, lo que constituyó un fallo directo de su supervisión. Su mala salud le impidió visitar la obra, por lo que la dirigió desde su oficina en Nueva York.

Esta negligencia se convirtió en una tragedia cuando Norman McLure, un joven ingeniero contratado por Cooper para inspeccionar la zona, empezó a enviar informes alarmantes. Las vigas de compresión inferiores, los cordones masivos que soportaban el peso, mostraban un pandeo visible, es decir, se estaban doblando. Cuando McLure se lo comunicó, la primera reacción de Cooper fue mostrarse incrédulo: «¿Cómo ha podido suceder eso?». Cooper desarrolló su propia teoría a distancia: las vigas debían haber sido golpeadas por equipos de elevación. McLure investigó y no encontró ninguna prueba. Las vigas continuaban doblándose bajo el peso mal calculado.

La arrogancia de Cooper alcanzó su punto álgido cuando Robert Douglas, un ingeniero del Gobierno canadiense, criticó las tensiones inusualmente altas de su diseño. Cooper respondió de forma tajante:

“This puts me in the position of a subordinate, which I cannot accept.”

La tragedia fue el resultado de un fallo de comunicación. El 29 de agosto, tras la insistencia de McLure, Cooper envió por fin un telegrama a la oficina de la constructora en Pensilvania en el que escribió: «No añadan más carga al puente». Sin embargo, asumió que el mensaje se transmitiría y que se detendrían los trabajos. No fue así. La gerencia del lugar ignoró la orden y decidió esperar hasta el día siguiente para actuar. A las 17:30 h de esa misma tarde, el puente se derrumbó.

3. La tragedia transformó para siempre a la comunidad Mohawk.

La catástrofe de 1907 no solo fue una tragedia de ingeniería, sino también un profundo trauma cultural para la comunidad Mohawk de Kahnawake, cuyos hombres eran reconocidos por su extraordinaria habilidad y valentía para trabajar en las alturas.

El coste humano fue devastador. De los 75 trabajadores que murieron en el primer derrumbe, 33 eran hombres Mohawk de la pequeña comunidad de Kahnawake. La pérdida fue tan grande que cuatro apellidos de la comunidad desaparecieron por completo tras la tragedia.

Lo que sucedió después fue un acto de resiliencia social sin precedentes. Las mujeres Mohawk, en un acto de «decisión matriarcal histórica», se reunieron y dictaminaron una nueva ley para proteger a su pueblo: nunca más se permitiría que los hombres de Kahnawake trabajaran todos juntos en un mismo proyecto de construcción. A partir de ese momento, debían dispersarse en pequeños grupos por toda Norteamérica.

Esta decisión tuvo una consecuencia inesperada y extraordinaria. Los herreros Mohawk se extendieron por Canadá y Estados Unidos, convirtiéndose en una fuerza laboral de élite en la construcción de los rascacielos más icónicos de Nueva York, como el Empire State Building, el Chrysler Building, el puente George Washington y, décadas después, el World Trade Center.

Anillo de hierro usado por los ingenieros canadienses – Imagen: WikiMedia.

4. El famoso anillo de hierro de los ingenieros no proviene del puente (pero la razón es más profunda).

En Canadá, los ingenieros recién graduados participan en una ceremonia solemne llamada «El Ritual de la Vocación de un Ingeniero», en la que reciben un anillo de hierro que llevan en el dedo meñique de la mano con la que escriben. Durante décadas ha circulado la poderosa leyenda de que los primeros anillos se fabricaron con el acero del puente de Quebec que se derrumbó.

Aunque es una historia bonita, es falsa. Fuentes oficiales, como «The Corporation of the Seven Wardens», que administra el ritual, confirman que se trata de un mito simbólico. Sin embargo, su verdadero origen está directamente ligado a una tragedia. El profesor H.E.T. Haultain, al sentir que la profesión necesitaba un «nexo de unión» moral, impulsó la creación de un juramento. Para ello, contó con la ayuda de una de las figuras literarias más importantes de la época: el autor y premio Nobel Rudyard Kipling.

Kipling escribió el texto del juramento (la «Obligación») y ayudó a diseñar el anillo. La primera ceremonia tuvo lugar el 25 de abril de 1925. La razón por la que se refuta activamente el mito es profunda: los anillos se fabrican con acero inoxidable estándar para garantizar que el mensaje sea la responsabilidad, no la superstición. Su superficie áspera sirve de recordatorio constante de las consecuencias de un trabajo mal hecho y del deber de servir a la humanidad por encima de todo.

Conclusión: un monumento de acero y una lección eterna.

Hoy en día, el puente de Quebec sigue en pie. Ostenta el récord del puente tipo ménsula más largo del mundo y es un eslabón vital del transporte en Canadá. Sin embargo, su verdadera grandeza no radica en sus miles de toneladas de acero, sino en las lecciones indelebles que se aprendieron de sus escombros. Es un monumento a las 88 personas que perdieron la vida en sus dos derrumbes y un recordatorio perpetuo de las consecuencias del error y de la arrogancia humana.

Su legado más duradero es invisible: los estándares éticos y la cultura de la responsabilidad que obligó a crear. El Ritual de la Vocación de un Ingeniero, nacido de su fracaso, ha sido adoptado por más de medio millón de ingenieros y se ha convertido en un poderoso símbolo de la profesión. La tragedia nos dejó una pregunta que sigue resonando hoy con más fuerza que nunca: ¿qué «puentes» estamos construyendo hoy con las nuevas tecnologías y prestando suficiente atención a las lecciones de humildad y responsabilidad que nos dejó esta tragedia de hace más de un siglo?

En este audio se recoge una conversación en la que se analizan los aspectos más relevantes de los desastres sufridos por este puente y por el Anillo de Hierro.

Este vídeo constituye una buena síntesis de las ideas fundamentales del artículo.

En este documento se sintetiza la información anterior.

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Referencia:

Pearson, C., & Delatte, N. (2006). Collapse of the Quebec bridge, 1907. Journal of performance of constructed facilities, 20(1), 84-91.

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Evaluación multidimensional de losas aligeradas con plástico reciclado.

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).

  1. 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.
  2. 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.

Ecuación refinada (3): 𝑡 (cm) = 6,0064 + (0,7717 ∙ 𝐻𝑒) + (0,3679 ∙ 𝑄1) + (0,0553 ∙ 𝐿2)

Ecuación simplificada (4): 𝑡 (cm) = 6 + (4/5 ∙ 𝐻𝑒) + (2/5 ∙ 𝑄1) + (𝐿/√18)²

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.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Multivariate Environmental and Social Life Cycle Assessment of Circular Recycled-Plastic Voided Slabs for Data-Driven Sustainable Construction. Environmental Impact Assessment Review, 118, 108297. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108297

En esta conversación se pueden escuchar algunas de las ideas más importantes del trabajo.

Este vídeo sintetiza algunos de los conceptos y resultados del artículo.

Aquí os dejo un documento de síntesis.

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5 lecciones sorprendentes de la IA para construir puentes más sostenibles y económicos.

La tesis doctoral leída recientemente por Lorena Yepes Bellver se centra en la optimización del diseño de puentes de losa de hormigón pretensado para pasos elevados con el fin de mejorar la sostenibilidad económica y ambiental mediante la minimización de costes, energía incorporada y emisiones de CO₂. Con el fin de reducir la elevada carga computacional del análisis estructural, la metodología emplea un marco de optimización de dos fases asistido por modelos sustitutos, en el que se destaca el uso de Kriging y redes neuronales artificiales (RNA).

En concreto, la optimización basada en Kriging condujo a una reducción de costes del 6,54 % al disminuir significativamente el consumo de hormigón y acero activo sin comprometer la integridad estructural. Si bien las redes neuronales demostraron una mayor precisión predictiva global, el modelo Kriging resultó más eficaz para identificar los óptimos locales durante el proceso de búsqueda. El estudio concluye que las configuraciones de diseño óptimas priorizan el uso de altos coeficientes de esbeltez y suponen una reducción del hormigón y del acero activo en favor del acero pasivo, con el fin de mejorar la eficiencia energética. Finalmente, la investigación integra la toma de decisiones multicriterio (MCDM, por sus siglas en inglés) para evaluar de manera integral los diseños en función de sus objetivos económicos, estructurales y ambientales.

Cuando pensamos en la construcción de grandes infraestructuras, como los puentes, suele venirnos a la mente la imagen de proyectos masivos, increíblemente caros y con un gran impacto ambiental. Son gigantes de hormigón y acero que, aunque necesarios, parecen irrenunciablemente vinculados a un alto coste económico y ecológico.

Sin embargo, ¿y si la inteligencia artificial nos estuviera mostrando un camino para que estos gigantes de hormigón fueran más ligeros, económicos y respetuosos con el planeta? Una reciente tesis doctoral sobre la optimización de puentes está desvelando hallazgos impactantes y, en muchos casos, sorprendentes. Este artículo resume esa compleja investigación en cinco lecciones clave y a menudo sorprendentes que no solo se aplican a los puentes, sino que anuncian una nueva era en el diseño de infraestructuras.

1. La sostenibilidad cuesta mucho menos de lo que crees.

Uno de los descubrimientos más importantes de la investigación es que la idea de que la sostenibilidad siempre implica un alto sobrecoste es, en gran medida, un mito. La optimización computacional demuestra que la viabilidad económica y la reducción del impacto ambiental no son objetivos opuestos.

La tesis doctoral lo cuantifica con precisión: un modesto aumento de los costes de construcción (inferior al 1 %) puede reducir sustancialmente las emisiones de CO₂ (en más de un 2 %). Este dato es muy relevante, ya que demuestra que con un diseño inteligente asistido por modelos predictivos se puede conseguir un beneficio medioambiental significativo con una inversión mínima. La sostenibilidad y la rentabilidad pueden y deben coexistir en el diseño de las infraestructuras del futuro.

2. El secreto está en la esbeltez: cuanto más fino, más eficiente.

En el diseño de un puente, la «relación de esbeltez» es un concepto clave que define la proporción entre la altura del tablero (su grosor) y la longitud del vano principal. Tradicionalmente, podríamos pensar que «más robusto es más seguro», pero la investigación demuestra lo contrario.

El estudio identificó una relación de esbeltez óptima para minimizar el impacto ambiental. Concretamente, el estudio halló una relación de esbeltez de aproximadamente 1/30 para optimizar las emisiones de CO₂ y de aproximadamente 1/28 para optimizar la energía incorporada. Esto significa que, en lugar de construir puentes masivos por defecto, los modelos de IA demuestran que un diseño más esbelto y afinado no solo es estructuralmente sólido, sino también mucho más eficiente en el uso de materiales. Este diseño más esbelto se logra no solo usando menos material en general, sino también mediante un sorprendente reequilibrio entre los componentes clave de la estructura, como veremos a continuación.

3. El equilibrio de materiales: menos hormigón, más acero (pasivo).

Quizás uno de los descubrimientos más sorprendentes es que el diseño más sostenible no consiste simplemente en utilizar menos cantidad de todos los materiales. La solución óptima es más un reequilibrio inteligente que una simple reducción general.

La investigación revela que los diseños optimizados lograron reducir el uso de hormigón en un 14,8 % y de acero activo (el acero de pretensado que tensa la estructura) en un 11,25 %. Sin embargo, este descenso se compensa con un aumento de la armadura pasiva (el acero convencional que refuerza el hormigón). Esto resulta contraintuitivo, ya que la intuición ingenieril a menudo favorece una reducción uniforme de los materiales. Sin embargo, los modelos computacionales identifican un complejo intercambio —sacrificar un material más barato (hormigón) por otro más caro (acero pasivo)— para alcanzar un diseño globalmente óptimo en términos de coste y emisiones de CO₂, un equilibrio que sería extremadamente difícil de lograr con métodos de diseño tradicionales.

4. Precisión frente a dirección: El verdadero poder de los modelos predictivos.

Al comparar diferentes modelos de IA, como las redes neuronales artificiales y los modelos Kriging, la tesis doctoral reveló una lección fundamental sobre su verdadero propósito en ingeniería.

El estudio reveló que, si bien las redes neuronales ofrecían predicciones absolutas más precisas, el modelo Kriging era más eficaz para identificar las regiones de diseño óptimas. Esto pone de manifiesto un aspecto crucial sobre el uso de la IA en el diseño: su mayor potencial no radica en predecir un valor exacto, como si fuera una bola de cristal, sino en guiar al ingeniero hacia la «región» del diseño donde se encuentran las mejores soluciones posibles. La IA es una herramienta de exploración y dirección que permite navegar por un universo de posibilidades para encontrar de forma eficiente los diseños más prometedores.

5. La optimización va directo al bolsillo: reducción de costes superior al 6 %.

Más allá de los objetivos medioambientales, la investigación demuestra que estos modelos de IA son herramientas muy potentes para la optimización económica directa. Este descubrimiento no se refiere al equilibrio entre coste y sostenibilidad, sino a la reducción pura y dura de los costes del proyecto.

La tesis doctoral muestra que el método de optimización basado en Kriging consigue una reducción de costes del 6,54 %. Esta importante reducción se consigue principalmente minimizando el uso de materiales: un 14,8 % menos de hormigón y un 11,25 % menos de acero activo, el acero de pretensado más especializado y costoso. Esto demuestra de forma contundente que los modelos sustitutivos no solo sirven para alcanzar metas ecológicas, sino que también son una herramienta de gran impacto para la optimización económica en proyectos a gran escala.

Conclusión: Diseñando el futuro, un puente a la vez.

La inteligencia artificial y los modelos de optimización han dejado de ser conceptos abstractos para convertirse en herramientas prácticas que permiten descubrir formas novedosas y eficientes de construir la infraestructura del futuro. Los resultados de esta investigación demuestran que es posible diseñar y construir puentes que sean más económicos y sostenibles al mismo tiempo.

Estos descubrimientos no solo se aplican a los puentes, sino que abren la puerta a una nueva forma de entender la ingeniería. Si la IA puede rediseñar algo tan grande como un puente para hacerlo más sostenible, ¿qué otras grandes industrias están a punto de transformarse con un enfoque similar?

En este audio podéis escuchar una conversación sobre este tema.

Este vídeo resume las ideas principales.

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Referencias:

YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Predictive modeling for carbon footprint optimization of prestressed road flyovers. Applied Sciences, 15(17), 9591. DOI:10.3390/app15179591

VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). A Hybrid Fuzzy DEMATEL–DANP–TOPSIS Framework for Life Cycle-Based Sustainable Retrofit Decision-Making in Seismic RC Structures. Mathematics, 13(16), 2649. DOI:10.3390/math13162649

ZHOU, Z.; WANG, Y.J.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Intelligent monitoring of loess landslides and research on multi-factor coupling damage. Geomechanics for Energy and the Environment, 42:100692. DOI:10.1016/j.gete.2025.100692

ZHOU, Z.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Study on the failure mechanism of deep foundation pit of high-rise building: comprehensive test and microstructure coupling. Buildings, 15(8), 1270. DOI:10.3390/buildings15081270

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Surrogate-assisted cost optimization for post-tensioned concrete slab bridges. Infrastructures, 10(2): 43. DOI:10.3390/infrastructures10020043.

BLIGHT, T.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ROSCHIER, L.; BOULET, D.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). Innovative approach of nomography application into an engineering educational context. Plos One, 20(2): e0315426. DOI:10.1371/journal.pone.0315426

NAVARRO, I.J.; VILLALBA, I.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J. Social Life Cycle Assessment of Railway Track Substructure Alternatives. J. Clean. Prod. 2024, 450, 142008.

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

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Embodied energy optimization of prestressed concrete road flyovers by a two-phase Kriging surrogate model. Materials, 16(20); 6767. DOI:10.3390/ma16206767

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). CO₂-optimization of post-tensioned concrete slab-bridge decks using surrogate modeling. Materials, 15(14):4776. DOI:10.3390/ma15144776

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Tesis doctoral: Optimización sostenible y resiliente de edificios con estructuras híbridas y mixtas

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.

Referencias:

  1. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Life-cycle environmental impact optimization of an RC-THVS composite frame for sustainable construction. Engineering Structures, 345, 121461. DOI:10.1016/j.engstruct.2025.121461
  2. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Manufacturing cost optimization of welded steel plate I-girders integrating hybrid construction and tapered geometry. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 140, 1601-1624. DOI:10.1007/s00170-025-16365-2
  3. NEGRÍN, I.; CHAGOYÉN, E.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). An integrated framework for Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse of RC skeleton buildings incorporating Soil-Structure Interaction effects. Innovative Infrastructure Solutions, 10:446. DOI:10.1007/s41062-025-02243-z
  4. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Design optimization of a composite typology based on RC columns and THVS girders to reduce economic cost, emissions, and embodied energy of frame building construction. Energy and Buildings, 336:115607. DOI:10.1016/j.enbuild.2025.115607
  5. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487
  6. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.
  7. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Multi-criteria optimization for sustainability-based design of reinforced concrete frame buildings. Journal of Cleaner Production, 425:139115. DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139115
  8. 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
  9. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. Journal of Constructional Steel Research, 211:108131. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.108131
  10. TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. Journal of Constructional Steel Research, 207:107976. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.107976.
  11. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631. DOI:10.1016/j.istruc.2023.04.006

 

William Le Baron Jenney: pionero de los rascacielos y maestro de la Escuela de Chicago

William Le Baron Jenney (1832-1907). https://es.wikipedia.org/wiki/William_Le_Baron_Jenney

William Le Baron Jenney (1832-1907), arquitecto e ingeniero estadounidense nacido en Massachusetts, destacó en una época en la que Estados Unidos experimentaba una rápida expansión industrial, lo que supuso un hito en la historia de la ingeniería y la arquitectura. Comenzó su formación en la prestigiosa École Polytechnique de París, también conocida como L’École Centrale, una de las escuelas de ingeniería más importantes de Europa. Allí adquirió conocimientos avanzados sobre técnicas constructivas y estructuras metálicas, así como sobre la doctrina funcionalista de Jean-Nicolas-Louis Durand, lo que le permitió mantenerse al día de las técnicas más innovadoras de su tiempo. Su formación en Europa fue decisiva, ya que le permitió incorporar influencias del movimiento arquitectónico europeo, vitales para su desarrollo profesional. Esta sólida base técnica sentó las bases de sus futuros logros en arquitectura y construcción.

En 1861, con el estallido de la guerra de Secesión estadounidense, Jenney regresó a su país y se alistó en el Ejército de la Unión como ingeniero militar, alcanzando el rango de mayor del Cuerpo de Ingenieros. Durante el conflicto, diseñó fortificaciones para los generales Sherman y Grant y participó en proyectos de gran envergadura, como la construcción de una carretera de 13 km entre Young’s Point y Bowers’ Landing, en Luisiana, que tuvo que ser completamente pontonada debido a los encharcamientos del terreno. Esta experiencia en el campo de batalla también le enseñó la importancia de la planificación y la logística en la construcción, habilidades que aplicaría más tarde en su carrera arquitectónica. Su experiencia en la gestión de proyectos complejos y en ingeniería estructural durante la guerra resultaría determinante para su posterior carrera civil.

Al finalizar la guerra, Jenney se trasladó a Chicago en 1868, antes del devastador incendio de 1871 que destruyó gran parte de la ciudad. Esta catástrofe supuso una oportunidad histórica para la reconstrucción urbana y Jenney, junto con otros arquitectos visionarios como Daniel Hudson Burnham, John Wellborn Root y Louis H. Sullivan, se convirtió en una de las figuras centrales de lo que posteriormente se conocería como la Escuela de Chicago. Este movimiento fue fundamental en el desarrollo de la arquitectura moderna, promoviendo el uso de nuevas tecnologías y materiales. En 1868, abrió su propio estudio de arquitectura, especializado en edificios comerciales y residenciales, así como en planificación urbana. Entre 1876 y 1880, ejerció como profesor de arquitectura en la Universidad de Michigan en Chicago, donde formó a muchos de los futuros líderes de la Escuela de Chicago.

Jenney también colaboró con los arquitectos paisajistas Frederick Law Olmsted y Calvert Vaux en la planificación de Riverside, Illinois, una ciudad impulsada por el desarrollo ferroviario. Entre sus contribuciones urbanísticas, en 1871 proyectó un depósito de agua corriente al que, en 1890, añadió un edificio de bombas y un pabellón de manantial.

Su mayor logro técnico y conceptual fue la invención y el perfeccionamiento del sistema de esqueleto de acero, que permitió construir edificios más altos sin recurrir a muros de carga masivos. Este sistema empezó a utilizarse en el primer edificio Leiter (1879), que ya tenía estructura de hierro, aunque los pilares exteriores aún cumplían una función portante. La innovación consistía en que los pilares de hierro colado y las vigas de acero formaban una estructura resistente y en que las fachadas podían liberarse de las cargas estructurales. Este enfoque revolucionó la arquitectura al permitir un diseño más flexible y creativo. Este concepto se consolidó en el segundo Leiter Building (1888-1891), donde Jenney perfeccionó el esqueleto metálico, lo que permitió incrementar la altura de los edificios sin comprometer el espacio interior ni la estabilidad.

Home Insurance Building. https://es.wikipedia.org/wiki/Home_Insurance_Building

El Home Insurance Building (1885) de Chicago es considerado el primer rascacielos completamente metálico. Sus dos primeras plantas contaban con pilares de granito sobre los que se apoyaban soportes de hierro fundido, rellenos de hormigón y revestidos de ladrillo, mientras que el resto del edificio se construyó con un esqueleto de acero. Aunque las fachadas eran funcionales, conservaban elementos decorativos de estilo clásico, como pilares angulares y superficies murales ornamentadas, y los soportes interiores se diseñaron como columnas. Ampliado con dos plantas en 1891 y demolido en 1931, el edificio introdujo el concepto de muro-cortina al liberar los muros exteriores y permitir grandes ventanales que mejoraban la iluminación y la estética. De esta manera, marcó el inicio de una nueva era en la arquitectura de rascacielos.

A partir de esta primera experiencia, se construyeron el Fair Building y el Manhattan Building (1890), con dieciséis plantas, lo que fue todo un récord para la época. Estos edificios consolidaron la viabilidad del rascacielos y demostraron que las estructuras metálicas podían ser estéticamente atractivas y funcionales. Las fachadas de Jenney seguían un estilo ecléctico que combinaba ornamentación clásica con un ritmo regular de huecos que aportaba modernidad y claridad visual.

Además de sus obras, Jenney desempeñó un papel fundamental en la creación de la Escuela de Chicago. Arquitectos como D. H. Burnham, J. W. Root, William Holabird y Louis H. Sullivan comenzaron su carrera en sus propios estudios y continuaron desarrollando los principios arquitectónicos que Jenney había introducido. La Escuela de Chicago no solo influyó en la arquitectura estadounidense, sino que también tuvo un impacto global, sentando las bases para el desarrollo de rascacielos en otras ciudades del mundo. Su influencia en la arquitectura de altura fue profunda y duradera, lo que permitió que las ciudades modernas crecieran verticalmente sin sacrificar la seguridad ni la estética.

Jenney también desarrolló destacados proyectos urbanos y residenciales, como el edificio Ludington (1891), el edificio de la compañía de seguros New York Life (1894), el Pabellón Hortícola para la Exposición Universal de 1893, diversos parques urbanos como Garfield Park y Humboldt Park, y el monumento conmemorativo de Illinois en Vicksburg (1906). Su enfoque en la integración de la naturaleza en el entorno urbano constituye un legado que perdura en la planificación de las ciudades contemporáneas. Su obra combina innovación técnica, funcionalidad y estética, evidenciando la fusión entre ingeniería y arquitectura que definió su carrera.

William Le Baron Jenney falleció en Los Ángeles, California, el 15 de junio de 1907. Sus cenizas fueron depositadas junto a la tumba de su esposa en el cementerio de Graceland, en Chicago. Su legado también incluye una influencia duradera en la educación arquitectónica, formando a generaciones de arquitectos que continuarían con su visión. Sus cuadernos y documentos originales, incluidos el cuaderno de 1884 con los cálculos para el Home Insurance Building y el borrador «Clave del rascacielos», se conservan en el Instituto de Arte de Chicago. Su legado técnico y académico, junto con su influencia en la Escuela de Chicago, sentó las bases de los rascacielos modernos, demostrando que la construcción vertical podía ser segura, funcional y estéticamente atractiva.

A continuación, os dejo unos vídeos de la Escuela de Chicago. Espero que os gusten.

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Optimización y control inteligente de puentes atirantados

Acaban de publicar un artículo nuestro en Results in Engineering, una de las revistas de mayor impacto científico, ubicada en el primer decil del JCR. Este trabajo trata sobre un sistema avanzado para el seguimiento de la salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) y la optimización de puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados (hiperestáticos).

La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.

 El problema central que se aborda en este trabajo es la insuficiencia de los métodos de supervisión tradicionales, ya que no permiten una vigilancia continua, en tiempo real y a distancia, crucial para garantizar la seguridad, la longevidad y el mantenimiento rentable de estas complejas infraestructuras.

La solución propuesta es una plataforma inteligente en la nube para el control y la alerta temprana que integra la informática, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este sistema combina los datos de supervisión en tiempo real, obtenidos mediante la tecnología de Internet de las Cosas (IoT), con modelos de elementos finitos (FEM) para evaluar con precisión el estado de la estructura.

Su eficacia se demostró mediante un estudio de caso del Puente del Río Amarillo en China (LZYB). El análisis de los datos de seguimiento y las simulaciones por elementos finitos revelaron que el diseño original del puente era excesivamente conservador, ya que la deflexión vertical real bajo cargas operativas representaba entre el 26,5 % y el 33,9 % del valor predicho en el diseño.

Con base en este hallazgo, se optimizó el diseño de la viga principal del puente, lo que permitió reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo en un 15 %. Un análisis posterior del ciclo de vida (LCA) cuantificó los beneficios de esta optimización, que incluyen una reducción de 2009,65 toneladas de emisiones de CO₂ y un ahorro económico de 2 694 189,55 CNY, sin comprometer la seguridad ni el rendimiento estructural. Este enfoque representa un nuevo paradigma para el mantenimiento seguro, económico y sostenible de infraestructuras críticas.

1. Introducción y desafíos de la auscultación estructural.

Los puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados están sometidos a múltiples factores que pueden afectar a su integridad, como la respuesta dinámica de la estructura y el daño por fatiga acumulada debido a la interacción de cargas múltiples y condiciones ambientales complejas. Las microfisuras internas pueden propagarse hasta convertirse en fisuras macroscópicas y provocar la inestabilidad y el fallo de la estructura.

1.1. Limitaciones de los métodos tradicionales.

  • Inspección visual: los métodos iniciales, basados en la inspección visual realizada por personal cualificado para detectar defectos superficiales, como las grietas por fatiga, son imprecisos y propensos a errores.
  • Supervisión de la salud estructural (SHM) convencional: ha mejorado la precisión, pero enfrenta desafíos como la falta de sensores adecuados para el monitoreo autónomo a largo plazo y de algoritmos eficaces para predecir y diagnosticar daños locales por fatiga.
  • Enfoques basados en algoritmos: existen dos métodos principales: los basados en modelos, que utilizan un modelo de elementos finitos preciso, pero que consumen mucho tiempo, y los basados en datos, que analizan series temporales continuas, pero que pueden verse limitados por las bajas tasas de transmisión de datos de las redes inalámbricas.

El estudio aborda estas limitaciones combinando las ventajas de ambos enfoques e integrando algoritmos innovadores de alta eficiencia para avanzar en la monitorización continua de la salud estructural.

2. Marco teórico e innovación del sistema.

El trabajo establece un modelo teórico complejo y una plataforma inteligente que integra múltiples disciplinas para superar las barreras técnicas del seguimiento tradicional.

2.1. Puntos clave de la innovación.

  1. Modelo interdisciplinario: se desarrolló un modelo teórico modal complejo, multifactorial y de múltiples fuentes que combina la ciencia de la computación, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este modelo analiza el impacto de múltiples factores en las estructuras de los puentes y permite realizar un seguimiento de alertas tempranas en una plataforma en la nube.
  2. Supervisión basada en IoT: se adopta un monitoreo en línea, automatizado y en tiempo real basado en el Internet de las cosas (IoT). De este modo, se soluciona la incapacidad de la tecnología tradicional para lograr un seguimiento espaciotemporal continuo y a gran distancia, y se transforma el seguimiento de un «basado en puntos, indirecto y de ajuste de curvas» a otro «espacial, directo y continuo».
  3. Sistema de alerta temprana: proporciona un modelo eficaz de control y de alerta temprana para diversos tipos de deterioro, como grietas, deformaciones, envejecimiento y vibración dinámica. Valida la viabilidad de la estructura en términos de integridad, seguridad, durabilidad y control de la resistencia.

2.2. Componentes del modelo teórico.

El modelo matemático integra varios análisis para evaluar el estado de la estructura:

  • Daño por fatiga estructural: utiliza un modelo de daño por fatiga acumulativa no lineal para analizar la propagación de las fisuras y la degradación continua del módulo de elasticidad del hormigón.
  • Daño por fatiga del acero: se considera que la vida útil del puente está determinada principalmente por la fatiga de las barras de acero. El modelo calcula la profundidad crítica de la fisura y la tensión residual del acero.
  • Efecto de cargas múltiples: se aplica un modelo de mezcla gaussiana para analizar los datos de monitorización, que presentan una distribución de picos múltiples, y se calcula la deflexión total considerando la carga viva, la tensión térmica, la pérdida de pretensado y la retracción y la fluencia del hormigón.
  • Acoplamiento vehículo-puente: Construye una ecuación de un sistema de movimiento acoplado para analizar las interacciones mecánicas entre los vehículos y el puente.
  • Optimización dinámica estructural: utiliza un modelo matemático basado en la función lagrangiana para realizar un diseño de optimización dinámica con un ritmo de convergencia rápido.

3. Estudio de caso: el puente del río Amarillo (LZYB)

La metodología se aplicó a esta estructura atirantada, con un vano principal de 360 metros, ubicada en China.

3.1. Descripción del puente y sistema de control

  • Especificaciones: El LZYB es un puente extragrande para autopista de cuatro carriles con torres romboidales de hormigón armado (C50), una altura de torre de hasta 151 metros y cables atirantados de haces de alambre de acero paralelos galvanizados.
  • Sistema de monitorización: se instalaron 374 dispositivos de 10 tipos diferentes, incluidos sensores de temperatura y de humedad, acelerómetros, extensómetros y sensores de fibra óptica, entre otros. Estos dispositivos se ubicaron en puntos críticos de momento flector y de fuerza cortante, determinados mediante principios de mecánica y el modelo FEM. Los datos se transmiten en tiempo real a una plataforma en la nube basada en internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) para su análisis y alerta temprana.
Número Elementos de control Indicadores de alerta Método de adquisición
1 Análisis del modelo de vehículo Identificación de carga nominal (nº de ejes, longitud) Videovigilancia
2 Análisis del flujo de tráfico Autopista de 4 carriles (ADT 2 500-55 000 vehículos) Videovigilancia; captura de video
3 Análisis de sobrepeso Límite de 49 toneladas (se detectaron 82.5; 110 ton) Control dinámico de pesaje
4 Análisis de exceso de velocidad Límite de 80 km/h Control de flujo con exceso de velocidad
5 Control de temperatura ambiental Intervalo de control: -15 ~ 39 °C Sensor de fibra óptica de temperatura
6 Control de humedad ambiental 6,5 % ~ 98 % (torre principal); prevenir corrosión Sensor de fibra óptica de humedad
7 Control de carga de viento Velocidad del viento < 25,8 m/s Anemómetro
8  Control de carga sísmica E1 < 0,20g Instrumento de medición de movimiento del suelo
9  Control de respuesta estructural Frecuencia natural inferior al valor teórico calculado Equipo de monitorización de fibra óptica

3.2. Análisis de los datos de monitorización en tiempo real (abril-julio).

  • Cargas de tráfico: se observó un crecimiento mensual significativo en el volumen total de tráfico, en el número de vehículos con sobrepeso y en el de vehículos que circulaban a exceso de velocidad. El tráfico medio diario osciló entre 7319 y 14 431 vehículos, con picos en junio y julio.
  • Respuesta estructural (deformación): la respuesta de deformación bajo cargas de vehículos mostró una distribución de picos múltiples. El análisis identificó que dicha respuesta se concentraba en la sección de 3.50 L a 5.50 L del lado oeste.
  • Acoplamiento temperatura-deflexión: se halló una fuerte correlación positiva entre la temperatura ambiental y la deflexión de la viga principal (R² = 0,6953). La deflexión máxima registrada fue de 628,9 mm. El análisis identificó las zonas de la viga principal en las que la influencia de la temperatura sobre la deflexión era más marcada.

3.3. Acoplamiento y análisis mediante el modelo de elementos finitos (MEF).

Se creó un modelo 3D del LZYB en Abaqus/CAE 2021 para simular su comportamiento bajo cargas de diseño. Los resultados de la simulación fueron los siguientes:

  • Energía: la energía máxima se concentró en la losa de fondo de la viga principal, entre los vanos 2 y 3.
  • Deformación: la máxima deformación (0,004813 µε) se observó en la parte media de los cables atirantados.
  • Tensión: La tensión máxima (991,175 MPa) se localizó también en los cables atirantados, concretamente en el cable 3-1.
  • Desplazamiento: El desplazamiento vertical máximo calculado fue de 0,002267 metros en el centro del vano principal (sección 6L/12 de la viga).

4. Discusión: optimización y evaluación de la sostenibilidad.

La comparación entre los datos de supervisión en tiempo real y los resultados del FEM sirvió de base para optimizar el diseño.

4.1. Redundancia estructural identificada.

El análisis comparativo reveló una discrepancia significativa: la deflexión vertical global del puente durante su funcionamiento (entre 0,0021 y 0,5944 m) representaba entre el 26,50 % y el 33,90 % del valor máximo predicho por el modelo FEM con cargas de diseño (hasta 2,2434 m). Este hecho indica que el diseño estructural es significativamente conservador o «redundante».

4.2. Optimización del diseño de la viga principal.

Aprovechando la redundancia identificada, se llevó a cabo un proceso de optimización del diseño acoplado de la viga principal. Se analizó el impacto de reducir el volumen de hormigón de la viga de forma iterativa.

Resultado de la optimización: se determinó que era posible reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo de la viga principal en un 15 % (es decir, reducir su espesor a 70 mm) sin comprometer el cumplimiento de los requisitos de rendimiento bajo las cargas de diseño originales.

4.3. Evaluación del ciclo de vida (LCA) y de los beneficios.

Se realizó una evaluación del ciclo de vida (LCA) para cuantificar los beneficios ambientales y económicos del diseño optimizado.

Beneficios ambientales y económicos: la reducción del 15 % del hormigón utilizado en la viga principal se traduce en un ahorro significativo a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto.

Indicador de evaluación Reducción
Calentamiento global (GWP100a) 2009,65 toneladas de CO2 eq.
Acidificación (AP) 8,86 toneladas de SO2 eq.
Eutrofización (FEP) 7,12 toneladas de PO4 eq.
Polvo en suspensión (PMFP) 79,63 toneladas
Ahorro económico (coste de material) 2 694 189,55 CNY

5. Conclusiones y hallazgos clave

La investigación demuestra con éxito la viabilidad de un sistema inteligente de supervisión en la nube, acoplado a un modelado FEM, para analizar la seguridad y optimizar el diseño de puentes de gran envergadura.

Resultados clave:

  1. Fallo de cables: el fallo de los cables es un factor crítico para la estabilidad de los puentes atirantados y debe ser un objetivo principal del seguimiento.
  2. Ubicación de la tensión máxima: la tensión más alta se concentra en los cables más largos (en este caso, el cable n.º 10), específicamente en la zona situada a menos de 2 metros de la parte superior de la torre principal.
  3. Diseño del sistema de monitorización subóptimo: el diseño actual de los puntos de control resulta ineficiente. No hay sensores en la parte superior de la torre, donde la tensión es máxima, mientras que hay demasiados en la viga principal.
  4. Enfoque del mantenimiento: el mantenimiento rutinario de los cables atirantados debe centrarse en las zonas de conexión de la parte superior de la torre y de la viga principal.

Innovación y limitaciones: La principal innovación del estudio consiste en aplicar de manera sistemática datos medidos y el modelado FEM 3D para resolver problemas de seguridad y optimización en puentes complejos. Esto ofrece un ejemplo práctico de supervisión en tiempo real y de análisis de la solidez de los datos. Una limitación reconocida es la falta de un estudio en profundidad sobre los efectos destructivos de las sobrecargas de peso y de velocidad, lo que sugiere una línea de investigación para el futuro.

Referencia:

ZHOU, Z.; ZHAO, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Intelligent operation monitoring and finite element coupled identification of hyperstatic structures. Results in Engineering, 27, 106990. DOI:10.1016/j.rineng.2025.106990

Os dejo una conversación en la que podéis escuchar las ideas más interesantes de este trabajo.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes.

Os he dejado una presentación que resume también lo más importante.

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Optimización multiobjetivo de pasarelas mixtas: un equilibrio entre sostenibilidad y protección frente al fuego

Acaban de publicar un artículo nuestro en Structural Engineering and Mechanics, una de las revistas de referencia del JCR. Este trabajo sintetiza los resultados de un estudio en el que se presenta un marco de optimización multiobjetivo innovador para el diseño de pasarelas peatonales con estructuras mixtas de acero y hormigón.

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 contextual.

El objetivo principal de esta investigación ha sido equilibrar la eficiencia económica y medioambiental con la seguridad estructural y el confort del usuario, integrando de manera única la resiliencia ante incendios. A diferencia de investigaciones previas, este trabajo incorpora seis escenarios distintos de exposición al fuego, desde 320 hasta 720 segundos, para evaluar el rendimiento de la estructura en condiciones extremas.

Los resultados revelan una relación directa y lineal entre el coste y las emisiones de CO₂, lo que demuestra que por cada dólar estadounidense (1 USD) ahorrado en el coste por metro de la estructura, se reduce la emisión de 0,7727 kg de CO₂. Este descubrimiento posiciona la optimización de costes como una estrategia que favorece la sostenibilidad económica y medioambiental.

Un descubrimiento clave es que se pueden lograr mejoras sustanciales en la seguridad contra incendios con inversiones moderadas. Un aumento del 23 % en el coste permite que la estructura resista casi 8 minutos (460 segundos) de exposición al fuego antes de colapsar, mientras que incrementos menores, del 3,91 % y 15,06 %, aseguran la estabilidad durante 320 y 400 segundos, respectivamente. El estudio también pone de manifiesto un cambio fundamental en la configuración del diseño óptimo: mientras que los diseños esbeltos son más eficientes en términos de coste y emisiones en condiciones normales, las configuraciones más compactas son necesarias para garantizar la seguridad en caso de exposición prolongada al fuego. Estos resultados ofrecen directrices prácticas para el desarrollo de infraestructuras urbanas más seguras, resilientes y sostenibles.

1. Marco de optimización multiobjetivo.

El estudio aborda una brecha crítica en ingeniería estructural: la falta de investigaciones que apliquen métodos de optimización a infraestructuras reales, integrando simultáneamente criterios de sostenibilidad (económicos, medioambientales y sociales) y de seguridad, especialmente en condiciones extremas, como la exposición al fuego.

1.1. Metodología aplicada

El análisis se centra en una pasarela peatonal de estructura mixta de acero y hormigón, con una luz de 17,5 metros, ubicada en el sur de Brasil. Con el fin de hallar las soluciones óptimas, se empleó un algoritmo de Búsqueda de Armonía Multiobjetivo (MOHS, por sus siglas en inglés), desarrollado a medida en Python. El proceso de optimización busca minimizar simultáneamente tres funciones objetivo:

  • Coste: coste de los materiales necesarios para construir la estructura, basado en los precios del mercado brasileño.
  • Emisiones de CO₂: el impacto ambiental, medido por las emisiones de CO₂ asociadas a la producción de los materiales, para lo que se han utilizado indicadores específicos de la región objeto de estudio.
  • Aceleración vertical máxima: medida del confort de los peatones, calculada a partir de las vibraciones inducidas por su movimiento.

El modelo tiene en cuenta ocho variables de diseño discretas, como el espesor de la losa de hormigón y las dimensiones de las vigas de acero, lo que da como resultado un espacio de búsqueda de 7×10¹¹ soluciones posibles.

Ilustración de la pasarela mixta

1.2. Escenarios de exposición al fuego.

Una de las innovaciones centrales del estudio es incorporar la resiliencia al fuego en el proceso de optimización. Se ha simulado un escenario de incendio de un vehículo debajo de una pasarela utilizando una curva tiempo-temperatura específica, desarrollada a partir de pruebas experimentales realizadas en puentes no confinados. Además de la condición a temperatura ambiente (0 segundos), se analizaron seis periodos de exposición al fuego que provocaron una degradación significativa de las propiedades mecánicas del acero.

Periodo de exposición al fuego (s) Temperatura del acero (°C) Factor de reducción (límite elástico) Factor de reducción (módulo de elasticidad)
0 20 1,00 1,00
320 200 1,00 0,90
400 300 1,00 0,80
460 400 1,00 0,70
510 500 0,78 0,60
560 600 0,47 0,31
720 700 0,23 0,13

2. Hallazgos clave y análisis de resultados.

El proceso de optimización generó un frente de Pareto tridimensional que muestra los equilibrios entre coste, emisiones y confort en los distintos escenarios de incendio.

2.1. Relación lineal entre el coste y las emisiones de CO₂.

Se identificó una relación directa y consistente entre el coste de fabricación y las emisiones de CO₂ en todos los escenarios analizados. Los datos demuestran que cada real brasileño (R$) ahorrado mediante la optimización equivale a una reducción de 0,1358 kg de CO₂. Convertido a dólares estadounidenses, esto equivale a una reducción de 0,7727 kg de CO₂ por cada dólar estadounidense ahorrado por metro de pasarela.

Esta correlación confirma que la optimización económica es una herramienta eficaz para promover la sostenibilidad medioambiental, especialmente en regiones que necesitan desarrollar infraestructuras sin sacrificar la eficiencia económica.

2.2. Intercambio entre la resistencia al fuego y el coste.

Como era de esperar, aumentar la resistencia de la estructura al fuego implica un mayor coste y, por tanto, más emisiones. Sin embargo, el estudio demuestra que es posible lograr mejoras significativas en la seguridad con incrementos de coste relativamente bajos o moderados.

  • Un incremento del 3,91 % en el coste permite que la estructura resista durante 320 segundos (5 minutos) de fuego.
  • Un incremento del 15,06 % extiende la resistencia a 400 segundos (6,5 minutos).
  • Un incremento moderado del 23 % evita el colapso durante casi ocho minutos (460 segundos), lo que proporciona un tiempo valioso para la evacuación.
  • Diseñar para resistir un incendio de 12 minutos (720 segundos) incrementa el coste en más del 400 %, por lo que resulta inviable en la mayoría de los casos.

2.3. Impacto en el confort de los peatones.

Los objetivos de coste y confort son conflictivos: un mayor confort (menor aceleración vertical) exige una mayor rigidez estructural, lo que se traduce en un mayor consumo de materiales.

  • Pasar de un nivel de confort «mínimo» a «medio» implica un aumento del coste promedio del 44 %.
  • Mejorar el nivel de confort de «medio» a «máximo» solo requiere un aumento promedio del 6 % en el coste, lo que sugiere que es una inversión factible en la mayoría de los escenarios.
  • La excepción es el escenario de 12 minutos de fuego, en el que alcanzar el nivel de confort «máximo» supone un 68 % más que el «medio», debido a la grave degradación del rendimiento del acero.

3. Implicaciones prácticas y configuraciones óptimas de diseño.

El análisis de las variables de diseño de las soluciones óptimas revela patrones claros y ofrece implicaciones prácticas para la ingeniería.

3.1. Evolución del diseño en función de la exposición al fuego.

La configuración geométrica óptima de la pasarela varía drásticamente según el tiempo de exposición al fuego considerado.

  • En ausencia de fuego o con una exposición breve, la solución más eficiente es un diseño de alta esbeltez, con vigas de acero altas y delgadas que se acercan a los límites normativos. Así se minimiza el consumo de material, lo que reduce costes y emisiones.
  • Con una exposición prolongada al fuego (es decir, superior a 510 segundos), la solución óptima se desplaza hacia configuraciones más compactas y menos esbeltas. Se observa un aumento considerable del espesor del alma y de las alas de las vigas de acero.

Este cambio se debe a que, a altas temperaturas, el límite de esbeltez (que depende del módulo de elasticidad y del límite elástico del acero) disminuye considerablemente. En los escenarios más extremos, el límite de esbeltez deja de ser una restricción activa y el algoritmo prioriza la robustez geométrica para cumplir con otros requisitos de diseño.

Periodo de exposición (s) Esbeltez óptima / Límite de esbeltez
0 99,17 %
460 99,54 %
560 68,45 %
720 46,98 %

3.2. Estrategias de materiales.

  • Preferencia por el acero: el estudio revela que, para aumentar la seguridad contra incendios, es más rentable y sostenible incrementar el consumo de acero (a pesar de la degradación de sus propiedades) que aumentar la rigidez mediante una losa de hormigón más gruesa.
  • Interacción total: en todas las soluciones óptimas de menor coste, el grado de interacción entre la viga de acero y la losa de hormigón es del 100 % (α = 1,0), lo que indica que el comportamiento compuesto completo es la opción más eficiente.

4. Conclusiones principales

El estudio presenta un marco sólido para el diseño de pasarelas mixtas de acero y hormigón y demuestra que es posible equilibrar sostenibilidad, economía y seguridad. Las conclusiones más relevantes son las siguientes:

  • Sostenibilidad y coste vinculados: existe una relación lineal y cuantificable entre la reducción de costes y la disminución de las emisiones de CO₂, por lo que la optimización económica puede utilizarse como herramienta para la sostenibilidad ambiental.
  • Seguridad contra incendios asequible: es posible mejorar significativamente la seguridad de una pasarela ante un incendio con incrementos de coste moderados y económicamente viables.
  • El diseño se adapta al riesgo: la configuración óptima de una estructura no es universal; los diseños esbeltos son ideales para condiciones normales, pero las configuraciones compactas son cruciales para la resiliencia en escenarios de incendio prolongados.
  • Implicaciones para el diseño: los resultados subrayan la importancia de incorporar escenarios de riesgo extremo en las primeras fases del diseño estructural para crear infraestructuras más seguras y resilientes sin comprometer desproporcionadamente los recursos.

Estas conclusiones se aplican únicamente a la tipología de estructura y al escenario de incendio estudiados, así como a los costes y a los factores de emisión regionales. Por tanto, se requieren más investigaciones para validar y extender estos resultados a otros contextos.

Referencia:

TRES JUNIOR, F.L.; DE MEDEIROS, G.F.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Designing for Safety and Sustainability: Optimization of Fire-Exposed Steel-Concrete Composite Footbridges. Structural Engineering and Mechanics, 96 (4):337-350. DOI:10.12989/sem.2025.96.4.337

En esta conversación puedes escuchar información interesante sobre este tema.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes de esta investigación.

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Un nuevo enfoque para mejorar el diseño sostenible de cimentaciones tipo losa

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:

  1. Mejora del diseño de losas: el método permite ajustar mejor los modelos numéricos y evitar tanto el sobredimensionamiento como los fallos por asientos excesivos.

  2. 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.

  3. 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.

  4. 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.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MORENO-SERRANO, J.F.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Innovative safety framework and direct load–settlement method to optimize vertical subgrade modulus in sustainable mat foundations. Environmental Impact Assessment Review, 118, 108191. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108191

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Europa premia a la UPV por revolucionar el diseño estructural con Inteligencia Artificial

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.

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Referencias:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Environmental Life-Cycle Design Optimization of a RC-THVS composite frame for modern building construction. Engineering Structures, 345, 121461. DOI:10.1016/j.engstruct.2025.121461

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Manufacturing cost optimization of welded steel plate I-girders integrating hybrid construction and tapered geometry. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 140, 1601-1624. DOI:10.1007/s00170-025-16365-2

NEGRÍN, I.; CHAGOYÉN, E.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). An integrated framework for Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse of RC skeleton buildings incorporating Soil-Structure Interaction effects. Innovative Infrastructure Solutions, 10:446. DOI:10.1007/s41062-025-02243-z

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Design optimization of a composite typology based on RC columns and THVS girders to reduce economic cost, emissions, and embodied energy of frame building construction. Energy and Buildings, 336:115607. DOI:10.1016/j.enbuild.2025.115607

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Multi-criteria optimization for sustainability-based design of reinforced concrete frame buildings. Journal of Cleaner Production, 425:139115. DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139115

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

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. Journal of Constructional Steel Research, 211:108131. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.108131

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

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631. DOI:10.1016/j.istruc.2023.04.006

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