En este trabajo se estudia el potencial del metamodelado de kriging para optimizar el diseño estructural con múltiples objetivos mediante el uso de software de análisis de elementos finitos y normas de diseño. Se propone un método que incluye la sostenibilidad y la constructibilidad, y se aplica a un caso de cimentaciones de hormigón armado para aerogeneradores de un gran proyecto de parque eólico sueco. Se realizan análisis de sensibilidad para investigar la influencia del factor de penalización aplicado a las soluciones no viables y el tamaño de la muestra inicial generada por el muestreo de hipercubos latinos. A continuación, se realiza una optimización multiobjetivo para obtener soluciones óptimas para diferentes combinaciones de pesos para los cuatro objetivos considerados. Los resultados indican que los diseños obtenidos mediante kriging a partir de muestras de 20 superan a los mejores diseños de las muestras de 1000. Las soluciones óptimas obtenidas por el método propuesto tienen un impacto de sostenibilidad entre un 8 y un 15% menor que los desarrollados por métodos tradicionales.
El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
In this work, we study the potential of using kriging metamodelling to perform multi-objective structural design optimization using finite element analysis software and design standards while keeping the computational efforts low. A method is proposed, which includes sustainability and buildability objectives, and it is applied to a case study of reinforced concrete foundations for wind turbines based on data from a large Swedish wind farm project. Sensitivity analyses are conducted to investigate the influence of the penalty factor applied to unfeasible solutions and the size of the initial sample generated by Latin hypercube sampling. Multi-objective optimization is then performed to obtain the optimum designs for different weight combinations for the four objectives considered. Results show that the kriging-obtained designs from samples of 20 designs outperform the best designs in the samples of 1000 designs. The optimum designs obtained by the proposed method have a sustainability impact 8–15% lower than the designs developed by traditional methods.
La aparición del Código Estructural, aprobado por el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, supone ciertas novedades en el ámbito de la construcción de nuestro país. Independientemente de la pertinencia de esta nueva norma en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. En este nuevo contexto, vamos a revisar de forma somera cómo se trata la calidad de las estructuras. Para ello tengamos en cuenta que el Código Estructural presenta cuatro títulos: Bases generales, Estructuras de hormigón, Estructuras de Acero y Estructuras mixtas; además de 32 Anejos, un total de 1789 páginas del Boletín Oficial del Estado.
La palabra «calidad» aparece en el nuevo código un total de 458 veces, frente a las 213 apariciones que tuvo en la anterior Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Este aumento se debe a la inclusión de las estructuras de acero y mixtas en el nuevo código. No obstante, conviene recordar que el concepto de calidad no se circunscribe exclusivamente a lo que se entiende como «control de calidad», ya sea de recepción o de proceso, sino que va más allá, incluyendo aspectos relacionados con el aseguramiento de la calidad de las organizaciones. Con todo, si entendemos como calidad el enfoque técnico de Crosby como el cumplimiento de las especificaciones de un producto o servicio, entonces todo el Código sería objeto del concepto de calidad. Es por ello que vamos a restringir la perspectiva a aquellos aspectos al que la nueva norma se refiere cuando aparece el término calidad en su articulado.
Una lectura en diagonal del Código ya nos indica que hay una gran dispersión de los conceptos relacionados con la calidad. Nos encontramos aspectos relacionados con exigencias de calidad medioambiental en la ejecución mezclados con otros relacionados con las condiciones de suministro, las garantías de calidad y el control de la recepción. Se intercalan aspectos relacionados con la responsabilidad en la gestión de la calidad con otros relacionados con el control. Resulta evidente la confusión de conceptos como «gestión de la calidad», «garantía de la calidad» o «control de la calidad» a lo largo del texto. Hubiera sido interesante aclarar estos conceptos en el Capítulo 5 Bases generales para la gestión de la calidad de las estructuras. De todas formas, la Tabla 17.1 nos ilumina con cierto orden, al menos, en lo relacionado con la conformidad en el control del proyecto, de los productos, de la ejecución de la estructura y de la estructura terminada.
Tabla 17.1 Definición de tipos de conformidad
Sin entrar en más detalles, sí que se detecta un cambio en el control de calidad de la ejecución respecto a la EHE-08. Mejora la trazabilidad, modifica las condiciones de fabricación y armoniza diversas nomenclaturas españolas a las europeas. Estos cambios afectan a los propios lotes, los lotes de ensayos de resistencia, las unidades de inspección y su frecuencia, etc. Los cambios tratan de diferenciar mejor los elementos estructurales y sistemas constructivos. Destaca asimismo la diferencia de los puentes respecto al resto de estructuras y una atención especial a las estructuras de baja complejidad. Cabe destacar el Anejo 4 Documentación de suministro y control de los productos recibidos directamente en obra, que explica muy claramente toda la documentación para los productos recepcionados en obra antes, durante y al finalizar su suministro.
Por otra parte, se sustituyen las menciones a la Directiva 89/106/CEE del Consejo, de 21 de diciembre de 1988, relativas a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros sobre los productos de construcción, que se contenían en la reglamentación vigente, por las del Reglamento (UE) nº 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de marzo de 2011, por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo. También desaparece el concepto de idoneidad al uso de los productos con marcado CE y se sustituye por la presunción de veracidad de la declaración de prestaciones del producto por parte del fabricante. La declaración de prestaciones deberá cumplir las especificaciones del citado Reglamento (UE) nº 305/2011.
Resulta también de interés el refuerzo que hace el Código respecto a las consideraciones que deben aplicarse para los productos controlados en fábrica, entre los que se encuentran los prefabricados, con el añadido de la existencia de un organismo certificador externo que lo valide. Asimismo, se avanza en la posibilidad de que el fabricante pueda obtener de forma voluntaria un Distintivo de Calidad Oficialmente Reconocido (DCOR) que implique el cumplimiento de una serie de requisitos adicionales a los que establecen las normas armonizadas. Ello permite ventajas que ya venían de la EHE-08, entre las que destacan la máxima reducción posible de los coeficientes de seguridad de los materiales, hasta 1,35 en hormigón y hasta 1,10 en acero. Esto es de gran interés, por ejemplo, para prefabricados de hormigón certificados con un DCOR, siempre que se cumplan además otra serie de consideraciones.
Otro aspecto destacable es la estrecha relación que existe entre este nuevo Código Estructural y el Real Decreto 163/19, por el que se aprueba la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, de forma que existe ahora una correcta correlación entre la producción y la puesta en obra del hormigón.
Os dejo a continuación una mapa conceptual, que utilizo yo en mis clases, y que simplifica de alguna forma los aspectos relacionados con la calidad de las estructuras.
Control de ejecución de las estructuras. Elaboración: V. Yepes
Os dejo un vídeo que os he grabado al respecto.
También os dejo unos vídeos explicativos del Colegio de Ingenieros Técnicos de Obras Públicas de Aragón sobre el tratamiento de la calidad en el nuevo Código Estructural. Espero que os sean de utilidad.
Figura 1. Zapata de medianería. Imagen de J. Martinez (http://www.soloarquitectura.com/foros)
Las zapatas aisladas pueden ser centradas, medianeras o de esquina, según la columna se encuentre en el centro del cimiento, en el borde o en la esquina. De las zapatas centradas ya se habló en un artículo anterior. Ahora vamos a dar unas pinceladas a los otros dos tipos de zapatas.
La zapata de medianería transmite la carga de soportes excéntricos situados en una de las caras de la zapata (Figura 1). A veces se llama zapata perimetral o zapata excéntrica. Un caso especial, cuando se dan dos medianeras, es la zapata de esquina, tal y como se ilustra en la Figura 2, tiene situada la columna en una de las esquinas. Ambos casos son habituales cuando se disponen soportes junto a las lindes de propiedad del terreno sobre las que se va a construir la estructura.
Figura 2. Zapata de esquina
La excentricidad de la carga sobre una zapata de medianería provoca un momento de vuelco que tiende a levantarla (Figura 3). Para evitarlo, tal y como muestra la Figura 4, se puede atar la cimentación al forjado o viga superior (a,b), mediante un tirante (c,d) o mediante una viga centradora (e). La viga centradora une zapatas de medianería o de esquina redistribuyendo las cargas y presiones sobre el terreno. A esta viga también se le suele llamar viga de equilibrio. Recomiendo el libro del profesor Calavera (2015) para profundizar en los cálculos de este tipo de estructuras de cimentación.
Figura 3. La carga del pilar provoca un momento de vuelcoFigura 4. Problema de la excentricidad de la carga. Esquema basado en Calavera (2015)
Os dejo un par de vídeos de Marcelo Pardo donde se puede ver, en primer lugar, el proceso constructivo de una zapata perimetral con viga de equilibrio. Aprovecho para recomendar su blog: https://marcelopardo.com/
En este segundo vídeo, se explica la teoría de vigas de equilibrio para zapatas excéntricas de hormigón armado.
Referencias:
CALAVERA, J. (2015). Cálculo de estructuras de cimentación. 5ª edición. Intemac Ediciones, S.L. Madrid, 563 pp.
Figura 1. Detalle de zapatas arriostradas. Fuente: www.construccioneslabassa.com
Las riostras son vigas de hormigón armado encargadas de enlazar las zapatas. Su misión es evitar los corrimientos relativos entre las zapatas y absorber cargas horizontales, especialmente el sismo (Figura 1).
En la Figura 2 se muestra un ejemplo típico de armado con zapatas arriostradas. En la Figura 3 se observa cómo el hormigón de limpieza debe disponerse también en las vigas riostras. Se debe realizar un atado perimetral, y en función de la aceleración sísmica, este atado será unidireccional (0,06 g < ac < 0,16 g) o bidireccional (ac ≥ 0,16 g). En la Figura 4 se comprueba la diferencia en la densidad de vigas de atado en función de la sismicidad.
Figura 2. Armado típico de un par de zapatas arriostradas. Imagen cortesía de CYPE, Biblioteca de detalles constructivos, Regalado et al., (2004).Figura 3. Hormigón de limpieza bajo zapatas arriostradasFigura 4. Disposición de vigas de atado entre zapatas según la sismicidad
Figura 5. Detalle de armado de zapatas arriostradas. Imagen: E. Valiente
También se pueden atar zapatas a distinto nivel, tal y como vemos en la Figura 6.
Figura 6. Zapatas aisladas con desnivel de cotas de asiento
Os dejo un vídeo donde, de forma virtual, se ve la ejecución de una cimentación directa por zapatas arriostradas.
Como ya es conocido, el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, fue el que aprobó el vigente Código Estructural. Independientemente de la pertinencia de aprobar esta norma nacional en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. Además, posibilita conocer hacia dónde van las tendencias en este ámbito. No obstante, son necesarias más de 300 normas UNE para complementar el contenido del nuevo código en lo referente a la conformidad de los productos y procesos regulados en el mismo.
En un artículo anterior hablé del término «deconstrucción» y su empleo dentro del Código Estructural. Dejando al margen el acierto en el uso de determinadas palabras, lo cierto es que algo nuevo se respira en el ambiente en relación con el ciclo de vida de las estructuras, en especial cuando tratamos del final de la vida útil. En este caso, uno de los aspectos que se resalta en el nuevo código es el tratamiento de los residuos, tanto al final de la vida de la estructura como en su utilización como material reciclado. Repasemos, pues, el tratamiento que da el Código Estructural a los residuos. Por cierto, que un residuo de construcción y demolición es cualquier sustancia u objeto que, cumpliendo la definición de «residuo» de la Ley 10/1998, de 21 de abril, se genere en una obra de construcción o demolición.
En el artículo 5, referido a los requisitos de las estructura, y en particular en lo referente a la exigencia de calidad medioambiental de la ejecución, se exige tanto en proyecto, en ejecución y en las tareas de intervención sobre las estructuras existentes, la reducción en la generación de residuos.
En cuanto al uso de materiales en el hormigón, el artículo 30.8 referido a los áridos reciclados establece los requisitos para la utilización del árido reciclado procedente de los residuos del hormigón. Además, el artículo 32, sobre las adiciones, se refiere a las cenizas volantes como residuos sólidos.
Pero quizás lo más interesante a este respecto viene con los artículos referidos a la demolición y deconstrucción de las estructuras. Así, el Capítulo 16 se refiere a las estructuras de hormigón, y establece que en el proyecto de demolición de estas estructuras se deben definir los procedimientos de gestión de los residuos, las medidas previstas para la separación de los residuos generados y la retirada de posibles residuos peligrosos. Se añade la obligatoriedad de gestionar los residuos de forma eficiente durante el proceso de demolición. Lo novedoso es que el artículo 78 contempla medidas adicionales para lo que se viene en llamar «deconstrucción de estructuras de hormigón». No se establece en el código cuándo es obligatorio proceder a la deconstrucción frente a la demolición, pues solo habla de esas medidas adicionales que diferencian ambos procesos, y que pasan por la reutilización y reciclado de la estructura existente. Para ello las medidas adicionales se basan en identificar los elementos reutilizables, los residuos generados y elaborar dos documentos: el Estudio de Gestión de Residuos, que contenga los destinos previstos para los residuos generados, y el Plan de Gestión de Residuos, orientado al reciclado. Además, esta deconstrucción solo la puede realizar una empresa con certificación medioambiental de conformidad con la norma UNE-EN ISO 14001.
El Capítulo 26 trata la demolición y deconstrucción de las estructuras de acero de forma similar a las de hormigón. Y del mismo modo, el Capítulo 36 lo hace con las estructuras mixtas hormigón-acero. Hubiera bastado un solo capítulo referido a la demolición y deconstrucción de las estructuras para no repetir tres veces prácticamente lo mismo.
En este contexto, por tanto, se podrían hacer los siguientes comentarios respecto al tratamiento de los residuos por parte del Código Estructural. Otra cosa es que la legislación o las normas de carácter voluntario definan con mayor claridad alguno de estos aspectos.
El proyecto constructivo de una estructura debe de justificar la reducción en la generación de residuos, no se define cómo ni dónde. La exigencia se amplía a la ejecución a la intervención de las estructuras, pero la indefinición es la misma.
El Código Estructural no aclara cuándo es obligatoria la deconstrucción frente a la demolición de una estructura. Pero, con los requisitos medioambientales actuales, ¿cabe hablar de una demolición que no contemple el reciclado y la gestión de los residuos? No es razonable, por tanto, distinguir el proceso de la demolición del de la deconstrucción. Hubiera bastado en el Código Estructural exigir a la demolición los requisitos adicionales citados.
Se hace necesario un proyecto de demolición, aunque no se habla de un proyecto de deconstrucción.
La reutilización de residuos procedentes de estructuras queda circunscrito en este código al árido reciclado. La reutilización, por tanto, queda indefinida fuera de este ámbito.
Se exigen dos documentos diferentes, el Estudio de Gestión de Residuos y el Plan de Gestión de Residuos, cuyo contenido y estructura no se definen en el código (hay que acudir a otra legislación vigente).
La deconstrucción la puede realizar solo una empresa con certificado ISO 14001. ¿Cualquier empresa, independientemente de su experiencia o capacidad para realizar demoliciones estructurales? No olvidemos que la deconstrucción es una demolición con unos requisitos adicionales.
La conclusión sobre el documento es bastante clara. Aunque se apuntan direcciones estratégicas respecto al ciclo de vida de las estructuras, la parte final queda algo desdibujada. No hay más remedio que acudir a otra normativa o legislación para aplicar con cierto rigor lo que establece el Código Estructural. Véase el Real Decreto 105/2008, de 1 de febrero, por el que se regula la producción y gestión de los residuos de construcción y demolición.
Aquí tenéis un vídeo sobre la demolición de estructuras en el Código Estructural. Organizado por el CITOP de Aragón.
Os dejo aquí un webminar que se desarrolló hace poco sobre el nuevo Código Estructural, organizado por el Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Madrid.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.
Desde el establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ha surgido una gran preocupación sobre cómo disminuir los impactos que resultan de las actividades de construcción. En este contexto, los Métodos Modernos de Construcción (MMC) surgen como una poderosa forma de reducir la huella del ciclo de vida a través de la optimización del consumo de materiales. Este trabajo se centra en la evaluación de la sostenibilidad de diferentes técnicas MMC aplicadas a estructuras de hormigón de viviendas unifamiliares. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en términos de sostenibilidad entre un diseño de referencia convencional, un diseño prefabricado, un diseño de losa ligera con discos huecos presurizados y un diseño basado en elementos estructurales de doble pared. La sostenibilidad se evalúa mediante un conjunto de 38 indicadores que abordan no solo la respuesta económica y medioambiental de los diseños, sino también sus impactos sociales. Se aplican cinco de las técnicas más conocidas de toma de decisiones con criterios múltiples (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR y MIVES) para derivar el rendimiento del ciclo de vida de cada diseño en una única puntuación de sostenibilidad. Dado que no hay consenso sobre qué método MCDM funciona mejor en las evaluaciones de sostenibilidad, se propone aquí un Índice Global de Sostenibilidad Estructural (GSSI) que combina y pondera los anteriores para ayudar al análisis de los resultados obtenidos. Los resultados muestran que la consideración de las tres dimensiones de la sostenibilidad conduce a diseños equilibrados cuya preferencia no tiene por qué coincidir con los derivados de cada enfoque unidimensional del ciclo de vida.
El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 28 de enero de 2022 en el siguiente enlace:
Since the establishment of the Sustainable Development Goals, great concern has arisen on how to diminish the impacts that result from construction activities. In such context, Modern Methods of Construction (MMC) rise as a powerful way to reduce life cycle impacts through optimizing the consumption of materials. This paper focuses on the sustainability assessment of different modern construction techniques applied to concrete structures of single-family houses. The life cycle performance in terms of sustainability is compared between a conventional reference design, a precast design, a lightweight slab design with pressurized hollow discs, and a design based on double-wall structural elements. The sustainability is assessed through a set of 38 indicators that address not only the economic and environmental response of the designs, but also their social impacts as well. Five of the best known Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR and MIVES) are applied to derive the life-cycle performance of each design into a single sustainability score. Since there is no consensus on which MCDM method works best in sustainability assessments, a Global Structural Sustainability Index (GSSI) combining and weighting the above is proposed here to aid the analysis of the results obtained. The results show that consideration of the three dimensions of sustainability leads to balanced designs whose preference need not coincide with those derived from each one-dimensional life cycle approach.
Keywords:
Sustainability, Construction, Structural design, Life cycle cost, Life cycle assessment, Social life cycle, Multi-criteria decision-making, Modern methods of construction
Reference:
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision- making applied to the sustainability of building structures bases on Modern Methods of Construction.Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724
El honor es doble cuando se publica dicha reseña en la Revista de Obras Públicas, que es el órgano profesional de los ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, revista fundada en 1853, que es la publicación periódica no diaria más antigua en España.
También os paso la crítica a continuación. Agradezco a Mª Carmen Rubio, Mayca para sus amigos, sus comentarios positivos de este libro, que ya está en su segunda edición.
«Una de las dificultades más importantes que nos encontramos los que nos dedicamos a la docencia de una asignatura como “Procedimientos de construcción” es explicar en clase las técnicas constructivas, los equipos, las instalaciones auxiliares y la maquinaria con los que se ejecutan en obra las soluciones de proyecto; es decir, llevar al aula la experiencia práctica. Para acercar al futuro ingeniero civil al apasionante mundo de la construcción se hace necesario agudizar el ingenio para facilitar al alumno fotografías, vídeos y documentación que permitan este acercamiento. Es por ello que resulta difícil encontrar libros donde se reúna este tipo de información práctica sobre métodos, maquinaria y medios auxiliares aplicados al caso particular de la construcción de cimentaciones y estructuras de contención.
En efecto, son abundantes los libros de texto sobre geotecnia, mecánica de suelos, resistencia de materiales o cálculo de estructuras, pues los fundamentos básicos de estas materias suelen permanecer en el tiempo y forman la base de las enseñanzas técnicas.
Sin embargo, las técnicas constructivas, y en especial la maquinaria, avanzan más rápidamente, por lo que es difícil mantener actualizado un manual como el que nos presenta Víctor Yepes en este volumen.
El texto, fácil de entender incluso por lectores sin una profunda formación técnica, permite abordar los aspectos constructivos de las cimentaciones y las estructuras de contención. Se agradece la gran cantidad de material gráfico y las referencias aportadas, lo cual permite ampliar la información en caso necesario. También resultan de interés las más de 400 cuestiones planteadas al final del texto, con sus respuestas, que permiten al lector realizar un ejercicio de autoevaluación.
Por tanto, nos encontramos ante un texto universitario que no solo permite apoyar la docencia en las aulas de los futuros titulados en Ingeniería y Arquitectura, sino que también sirve para dar una visión conjunta y bien documentada de los procedimientos constructivos a cualquier profesional que se dedique al proyecto y ejecución de obras.
Por último, me gustaría resaltar la intensa labor divulgadora realizada por el autor en esta última década a través de las redes sociales. Es difícil no tropezarse con el blog de Víctor Yepes cuando se realiza alguna consulta técnica en los buscadores disponibles en internet y, dado el perfil de los jóvenes ingenieros y arquitectos, Víctor ha desarrollado una gran labor en la formación práctica de este colectivo, facilitando un acercamiento de los procedimientos de construcción y equipos. Todo este trabajo desinteresado, de mucha calidad y gran rigor técnico, no hubiese sido posible sin los años de experiencia del autor tanto en la empresa pública como privada, así como de los años dedicados a la docencia y a la investigación universitaria en el ámbito de la ingeniería de la construcción».
Os dejo también un vídeo que he grabado presentando este mismo libro. Espero que os sea de interés.
Variables de la sección transversal del puente mixto
La optimización de puentes es un problema complejo debido al gran número de variables que intervienen. En este trabajo se ha realizado la optimización de un puente mixto en cajón considerando el coste como función objetivo. Para ello se ha aplicado el Recocido Simulado (SA) como ejemplo de algoritmo basado en la búsqueda de soluciones mediante trayectorias para la optimización de la estructura. Se observa que la adición de celdas a las secciones transversales del puente mejora no sólo el comportamiento de la sección sino también los resultados de la optimización. Finalmente, se observa que el diseño propuesto de doble acción compuesta materializando losas en el ala inferior sobre apoyos, permite eliminar los rigidizadores longitudinales continuos. Este método automatiza el proceso de optimización de un diseño inicial de un puente de material compuesto, que tradicionalmente se ha basado en la propia experiencia del técnico, permitiendo alcanzar resultados de forma más eficiente.
Referencia:
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Composite bridge deck optimization with trajectory-based algorithms. 6th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2021, 1-3 December, Valladolid, Spain, pp. 174-187. ISNB: 978-84-09-39323-7
Reparación de grietas con mortero de metacrilato. https://niberma.es/arreglar-grietas-suelos-industriales/
El metacrilato es un material plástico acrílico formado por polímeros del metacrilato de metilo, éster del ácido metacrilato. Su nombre técnico es polimetilmetacrilato, conocido por sus siglas PMMA. Los polimetacrilatos de metilo y copolímeros asociados son el producto de mezclas de monómeros y oligomeros acrílicos o metacrílicos que endurecen por polimerización iniciada por catalizadores orgánicos (peróxidos). Sin embargo sus formulaciones, aplicaciones y propiedades pueden ser muy diferentes de unos a otros.
Como material empleado en la reparación del hormigón, se puede presentar en lechadas o en morteros. Las lechadas se emplean en aplicaciones de pequeño espesor, de hasta 9,5 mm. Los morteros se utilizan para espesores mayores, de hasta 25 mm.
Este tipo de resinas son muy reactivas y permiten su uso a bajas temperaturas (-20ºC), con una rápida puesta en servicio, que puede ser de algunas horas cuando la temperatura es inferior a 20ºC. Precisamente su reducida viscosidad permite una elaboración acelerada. Son muy sensibles a la saponificación provocada por la reacción alcalina del hormigón en presencia de agua. Tienen un olor fuerte que dura en el tiempo.
Uno de los inconvenientes de este material es que se pueden quemar, debido a su base orgánica. Con todo, se puede mejorar la resistencia al fuego añadiendo cargas y retardadores. Pero como ventajas se encuentran su resistencia al agua, anticongelantes químicos, ácidos diluidos y alcalinos. No obstante, su resistencia a los disolventes es limitada. Por otra parte, son muy resistentes a la radiación ultravioleta y a las acciones de la intemperie.
El uso del mortero de metacrilato es muy útil en reparaciones urgentes, pues en 1 hora puede reparar pavimentos de hormigón, caminos y calzadas, muelles de carga y superficies sometidas a gran desgaste en almacenes, naves industriales o talleres. También son útiles en reparaciones urgentes en autovías, pistas de aeropuertos y otros lugares donde exista una baja temperatura. Útil en la reparación de juntas y parcheo, así como en el recrecido o nivelación de superficies. También presenta su utilidad en anclajes urgentes y fijaciones de elementos metálicos y pernos, incluso a bajas temperaturas.
Es característico el uso de la resina de metacrilato como protección a los pavimentos, pues su composición está libre de disolventes y presenta una elevada resistencia a la presión. Por otra parte, también se emplea como capa resistente al desgaste, con una reducida contracción cuando se usa como mortero. En el vídeo que presentamos a continuación vemos la utilidad del metacrilato para proteger y embellecer el hormigón impreso.
Referencias:
Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.
Figura 1. Ejemplo de acción hielo-deshielo junto con sales fundentes. https://www.interempresas.net/ObrasPublicas/Articulos/300170-Requisitos-revestimientos-protectores-larga-durabilidad-empleo-estructuras-hormigon.html
Cuando entramos en invierno, la bajada de temperaturas trae no solo ciclos de hielo y deshielo, sino que también es muy común el uso de sales fundentes para rebajar el punto de congelación del agua o de fundir el hielo si éste se ha formado. Echar sal sobre pavimentos, aceras o calles es habitual con frío y nevadas, pero tiene ciertos efectos perversos que deberíamos analizar.
En un país como España, donde el 18% de la superficie se encuentra a una altitud superior a 1000 m, y donde la altura media geográfica es de unos 660 m, hace que la posibilidad de fenómenos como las nevadas y heladas sean frecuentes. Estos efectos, por ejemplo, se dejan sentir fuertemente en la red de carreteras, pero también en las estructuras y los paramentos de hormigón. En este artículo nos vamos a centrar en los efectos del hielo y de las sales fundentes sobre el hormigón. En otros países, como es el caso del Reino Unido, en un estudio realizado en 1997, indicó que el 10% de todas las estructuras de hormigón armado se han visto afectadas por el ataque hielo-deshielo.
Por cierto, no vamos a hablar aquí sobre el efecto de las temperaturas en invierno en el hormigonado. No olvidemos que se suspenderá el vertido de hormigón siempre que se prevea que dentro de las 48 horas siguientes puede descender la temperatura ambiente por debajo de los 0ºC. Este tema, de gran trascendencia, se tratará en otro artículo.
El agua aumenta su volumen aproximadamente en un 9% cuando pasa de estado líquido a sólido. Como podemos ver en algunos artículos, se trata de una rareza más del líquido elemento, pues lo normal es que las sustancias se contraigan al enfriarse y se dilaten al calentarse. Esta peculiaridad ha facilitado la evolución de la vida en nuestro planeta, tal y como la conocemos. Sin embargo, cuando de lo que hablamos es de hormigón, estos ciclos de hielo y deshielo son perjudiciales. En efecto, los poros saturados, al congelarse, se rompen de forma explosiva, pudiendo provocar desconchados en el hormigón. Sin embargo, con la red capilar del hormigón o si existen fisuras, los daños pueden ser internos, pues estas fisuras crecen con el aumento de volumen provocado por el hielo.
La resistencia del hormigón a la acción del hielo depende de varios factores como son la edad del hormigón, su composición, el tipo de árido, el tamaño y distribución de los poros o la relación de enfriamiento y secado entre ciclos de hielo-deshielo. La resistencia del hormigón frente a este ataque se evalúa con la norma UNE-CENT/TS 12390-9.
El hielo se puede formar de varias formas: por congelación de la humedad existente en la superficie, por la condensación y enfriamiento del vapor de agua atmosférica (niebla y escarcha), por congelación del agua que cae sobre la superficie, por precipitación de agua en sobrefusión o por la nieve caída y no transformada.
Por otra parte, el uso de sales fundentes sobre la superficie helada del hormigón es un proceso endotérmico que provoca una caída de la temperatura superficial mientras se derrite el hielo. Es el conocido fenómeno de descenso crioscópicoo depresión del punto de fusión. La velocidad de enfriamiento puede ser de hasta 14ºC por minuto, lo que provoca un choque térmico en la superficie del hormigón. Por este efecto, se forma un gradiente de temperaturas entre el exterior y el interior del hormigón que provoca un estado de tensiones internas que es capaz de producir fisuras en las capas exteriores del hormigón.
A este efecto físico hay que sumar, en el caso del hormigón armado, la presencia de cantidades suficientes de iones de cloruro disueltos que produce la corrosión del acero, incluso en condiciones altamente alcalinas. Esto genera, tal y como vemos en la Figura 2, picaduras de corrosión en puntos localizados de las armaduras donde la capa pasiva original es más débil, debido principalmente a la formación de sales de ácido clorhídico. Este efecto químico de determinadas sales fundentes es similar a las condiciones de durabilidad de las estructuras en ambientes marinos, de la que ya hemos hablado varias veces en este blog. Afortunadamente, existen alternativas a la sal que deberían tenerse muy en cuenta para evitar los impactos negativos, especialmente en estructuras como puentes.
Figura 2. Picaduras típicas provocadas por la presencia de cloruros en el hormigón. https://www.obrasurbanas.es/requisitos-de-los-revestimientos-protectores-de-larga-durabilidad-y-su-empleo-en-estructuras-de-hormigon/
Os dejo a continuación un documento técnico sobre el hormigón sometido a ciclos hielo-deshielo que espero sea de vuestro interés.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Structural and Multidisciplinary Optimization, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.
