Categoría: estructuras

Hormigón por impresión 3D: estado técnico, retos y oportunidades

https://www.hormisa.com.ar/2018/02/05/impresion-3d-hormigon/

La impresión 3D de hormigón (3D Concrete Printing o 3DCP) se ha consolidado como una de las tecnologías emergentes más prometedoras en ingeniería civil. Consiste en fabricar elementos constructivos depositando, capa a capa, una mezcla cementicia diseñada para ser bombeada y extruida, lo que elimina la necesidad de encofrados tradicionales y reduce el consumo de materiales. Este enfoque permite una construcción más eficiente, flexible en sus formas y potencialmente más sostenible.

Propiedades del hormigón fresco: extrusibilidad, constructividad y tiempo abierto

El rendimiento de un hormigón por impresión 3D se evalúa en gran medida por sus propiedades en estado fresco. La extrusibilidad implica que la mezcla pueda fluir de manera continua por el sistema de bombeo y la boquilla sin obstruirse, lo cual se logra mediante un diseño adecuado de la granulometría y la incorporación de aditivos superplastificantes o modificadores de la viscosidad. La constructividad (buildability), por otro lado, se refiere a la capacidad de cada capa depositada para soportar las cargas de las capas sucesivas sin deformarse y está directamente relacionada con la tixotropía y la recuperación estructural de la mezcla. El tiempo abierto (open time) define el tiempo útil de aplicación o periodo de trabajabilidad durante el cual la mezcla mantiene condiciones reológicas adecuadas para la impresión. Este parámetro es crítico en proyectos de mayor escala o en entornos variables.

Adherencia intercapas, anisotropía y parámetros del proceso

Una de las limitaciones clave del hormigón impreso es la baja resistencia en los planos de unión entre capas. La adhesión entre capas depende de factores como el tiempo transcurrido desde su aplicación, la humedad superficial y las condiciones de curado. Los intervalos prolongados o las superficies secas tienden a generar juntas frías que actúan como planos de debilidad. Estudios recientes han propuesto estrategias para mitigar este efecto, como inducir condiciones termo-higrotérmicas durante la deposición, lo que puede aumentar la resistencia de la interfaz hasta en un 78 %. También se está investigando el uso de materiales compuestos especiales, como los cementicios de endurecimiento por deformación (SHCC), como materiales de unión, con los que se logran mejoras significativas en la adherencia y la resistencia a la flexión.

https://espanol.cgtn.com/n/2020-12-09/EGHDcA/el-primer-edificio-residencial-impreso-en-3d-de-alemania/index.html

Propiedades mecánicas, durabilidad y microestructura

En estado endurecido, los hormigones impresos presentan resistencias a la compresión y a la flexión comparables a las de los hormigones convencionales, pero con un marcado carácter anisótropo debido a la orientación de las capas y a la presencia de vacíos entre los filamentos. La microestructura interfacial suele presentar una mayor porosidad, lo que influye en las propiedades de durabilidad, como la penetración de cloruros, la carbonatación o la resistencia a los ciclos de hielo y deshielo. Investigaciones recientes han demostrado que tanto el tiempo entre capas como las condiciones de curado influyen notablemente en la durabilidad y pueden afectar a la sorptividad y a la conductividad del ión cloruro.

Estrategias de refuerzo y mejoras funcionales

El hormigón impreso no puede resistir esfuerzos de tracción si no se integra algún tipo de refuerzo. Las estrategias actuales incluyen la incorporación de fibras (plásticas, metálicas o de vidrio) en la propia mezcla, la inserción de mallas de acero o textiles durante el proceso de impresión o el uso de composites reforzados, como el SHCC, entre capas. Los métodos en proceso, como la colocación automatizada de refuerzos textiles durante la impresión, han demostrado mejorar significativamente la ductilidad y la resistencia final de los elementos curvos. Estas soluciones avanzadas buscan superar la principal barrera de la impresión 3D para uso estructural: garantizar la capacidad portante frente a esfuerzos de tracción y flexión.

Sostenibilidad y materiales alternativos

Una de las mayores promesas de la impresión 3D de hormigón es su potencial de sostenibilidad. La eliminación de encofrados reduce los residuos y la energía necesaria y el diseño libre permite optimizar las formas para minimizar el uso de material. No obstante, la reducción real de la huella de carbono depende del uso de adiciones minerales (SCM, supplementary cementitious materials) y de áridos reciclados. Según diversos estudios, es posible incorporar cenizas volantes, escorias y residuos industriales para mejorar la sostenibilidad y reducir el coste. Investigaciones específicas demuestran que el uso de escoria de acero como árido fino es viable y que se pueden alcanzar resistencias comparables a las de las mezclas tradicionales. Asimismo, los diseños de mezclas con altos volúmenes de ceniza volante han demostrado un buen equilibrio entre la imprimibilidad y el rendimiento estructural.

Modelización, normativa y aplicación a escala real

La investigación también avanza en la modelización de los fenómenos que afectan a la impresión. Se han propuesto modelos informáticos que predicen la formación de juntas frías en función de la humedad superficial y del tiempo de deposición. Al mismo tiempo, en conferencias internacionales como Digital Concrete, impulsadas por RILEM, se han establecido procedimientos experimentales para caracterizar las propiedades de las mezclas imprimibles y evaluar la adhesión entre capas. A pesar de ello, todavía no existen normativas consolidadas que permitan el diseño estructural con garantías, por lo que la aplicación en obras reales se limita a proyectos piloto y prototipos. Revisiones recientes señalan que la falta de normas y metodologías de control de calidad es uno de los principales obstáculos para su industrialización.

Retos principales y recomendaciones prácticas

Los principales desafíos de esta tecnología son evidentes. La adherencia entre capas sigue siendo un punto débil que debe mejorarse mediante el control del tiempo de impresión, de la humedad y de los materiales de unión. La variabilidad debida a las condiciones ambientales exige una instrumentación avanzada y el control en tiempo real de los parámetros reológicos. El refuerzo requiere soluciones automatizadas y compatibles con la impresión continua, mientras que la sostenibilidad exige el uso intensivo de subproductos y una evaluación rigurosa del ciclo de vida. Por último, la escalabilidad industrial dependerá de la normalización de las pruebas y de la estandarización de los procesos.

Conclusión

El hormigón por impresión 3D se encuentra en una fase avanzada de desarrollo, con avances significativos en reología, adherencia, refuerzo y sostenibilidad. No obstante, aún es necesario superar retos relacionados con el control de calidad, la normativa y la durabilidad para garantizar su aplicación masiva en obras civiles. Su éxito dependerá de la integración de avances materiales, mecánicos y normativos, así como de la estrecha colaboración entre la universidad, la industria y los organismos de normalización. A corto plazo, la impresión 3D no sustituirá al hormigón convencional, pero sí abrirá un nuevo campo de aplicaciones en prefabricados, prototipos y proyectos singulares de alta eficiencia en materiales.

Os dejo algunos vídeos sobre este tipo de hormigón.

Referencias

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Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

Curso de estructuras auxiliares en la construcción: andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras.

También os dejo un documento resumen.

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¿El futuro de la construcción nació en 1624? 4 revelaciones sobre los edificios del mañana.

Introducción: Más allá de los ladrillos y el cemento.

Cuando pensamos en el sector de la construcción, a menudo lo imaginamos como un sector lento, tradicional y reacio al cambio. Se trata de una imagen de ladrillos, cemento y procesos que parecen haber cambiado poco en las últimas décadas. Sin embargo, bajo la superficie, una revolución silenciosa está cobrando impulso y transformando radicalmente esta percepción.

Esta revolución se conoce como Métodos Modernos de Construcción (MMC). Impulsados por las tecnologías de la Industria 4.0, como la inteligencia artificial y el diseño digital, los MMC están redefiniendo lo que es posible construir, cómo se construye y a qué velocidad. Se trata de un cambio de paradigma que promete edificios más rápidos, económicos y eficientes. Aunque esta revolución pueda parecer novedosa, algunos países ya viven este futuro: en los Países Bajos, el 50 % de las nuevas viviendas se construyen con estos métodos, seguidos de cerca por Suecia y Japón.

Componentes de la Construcción 4.0

Aunque conceptos como «automatización robótica» o «gemelos digitales» suenen a ciencia ficción, las raíces de esta transformación son sorprendentemente antiguas. Sus implicaciones van mucho más allá de la simple eficiencia, ya que apuntan a un futuro en el que los edificios no solo minimizan su impacto ambiental, sino que también lo revierten de forma positiva. A continuación, revelamos los cuatro secretos más impactantes sobre este nuevo paradigma que está transformando nuestro mundo.

Primer secreto: no es una idea nueva, sino una idea antigua que por fin funciona.

Su origen no es del siglo XXI, sino del siglo XVII.

Contrariamente a la creencia popular, la idea de prefabricar edificios no es un concepto moderno. De hecho, sus orígenes se remontan a mucho antes de la era digital. El primer caso registrado de casas prefabricadas data de 1624, cuando se fabricaron en Inglaterra para ser enviadas y ensambladas en Massachusetts.

No se trató de un hecho aislado, sino que la idea reapareció a lo largo de la historia, esperando a que la tecnología se pusiera a su altura. El siglo XX fue testigo de varios intentos clave para descifrar el código.

  • Las populares «Kit Houses» que la empresa Sears vendía por catálogo en 1908 reducían el tiempo de construcción hasta en un 40%.
  • El visionario sistema «Maison Dom-ino» de Le Corbusier, de 1914, es un armazón estructural de losas y pilares que sentó las bases de la arquitectura moderna.
  • Las «American System-Built Houses», diseñadas por Frank Lloyd Wright entre 1911 y 1917, utilizaban un sistema de producción industrializada para los componentes del edificio.

Entonces, ¿por qué esta idea centenaria está despegando ahora con tanta fuerza? La respuesta está en la convergencia tecnológica. El concepto, aunque antiguo, ha encontrado por fin sus catalizadores definitivos. Los avances en inteligencia artificial (IA), la adopción de metodologías colaborativas, como el modelado de información para la construcción (BIM), y un enfoque renovado en la sostenibilidad han creado el ecosistema perfecto para que la prefabricación alcance la precisión, la eficiencia y la sofisticación necesarias para superar a la construcción tradicional.

Segundo secreto: la velocidad es casi increíble (y se demostró en una crisis).

Puede reducir los tiempos de construcción a la mitad.

Uno de los datos más contundentes sobre la eficacia de los MMC es su impacto directo en los plazos y costes de construcción. Las investigaciones han demostrado que los sistemas industrializados y la prefabricación pueden generar ahorros de hasta el 50 % en el tiempo de construcción y del 30 % en los costes.

Esta estadística cobró vida de manera espectacular durante una de las mayores crisis globales recientes. Durante la pandemia de la enfermedad por coronavirus (Covid-19), el mundo fue testigo de la construcción de dos hospitales de emergencia en Wuhan (China) en solo 12 días. Este hito, imposible de alcanzar con métodos tradicionales, demostró el poder de los MMC para responder a las emergencias con una velocidad sin precedentes.

Esta capacidad no solo es crucial en situaciones de crisis. Permite satisfacer la creciente demanda de vivienda de manera más rápida, acelerar el desarrollo de infraestructuras críticas y aumentar drásticamente la eficiencia de un sector que históricamente ha luchado contra los retrasos y los sobrecostes.

Tercer secreto: los edificios más inteligentes no solo son sostenibles, sino «regenerativos».

La sostenibilidad está quedándose obsoleta; el futuro es el diseño regenerativo.

Durante años, la «sostenibilidad» ha sido el objetivo final en la construcción, el santo grial del diseño responsable. Pero ¿y si ya no es suficiente? La vanguardia de la innovación arquitectónica sostiene que la estrategia de «hacer menos daño» está abocada al fracaso. El futuro no solo es sostenible, sino también regenerativo.

Este nuevo paradigma, denominado «diseño regenerativo», no se conforma con minimizar el impacto negativo, un concepto que se resume en el lema «reciclar, reducir y reutilizar». El diseño regenerativo busca generar activamente impactos positivos y adopta un nuevo lema: «restaurar, renovar y reemplazar». Se trata de diseñar edificios que no solo consuman menos, sino que contribuyan a la regeneración de los ecosistemas naturales y humanos que los rodean.

El paradigma actual ya no es suficiente, como señala la investigación:

«Sin embargo, el actual paradigma de la sostenibilidad ya no es suficiente para reducir el impacto medioambiental de la actividad humana».

Los MMC son la herramienta perfecta para hacer realidad este futuro ambicioso. El control preciso de los materiales, la optimización de los procesos desde la fase de diseño y la capacidad de integrar tecnologías innovadoras convierten la construcción industrializada en la plataforma ideal para crear edificios que devuelvan a la naturaleza más de lo que consumen.

Cuarto secreto: su mayor desafío no es construir cosas nuevas, sino arreglar las antiguas.

Su gran potencial oculto radica en la rehabilitación de nuestros edificios existentes.

A pesar de que el enfoque se centra en la nueva construcción, uno de los mayores potenciales de los MMC se encuentra en un área sorprendentemente desatendida: la rehabilitación y modernización (retrofitting) de los edificios existentes. Esta es la diferencia más significativa entre el enfoque científico y la necesidad social identificada por la investigación: la mayoría de los estudios se centran en la obra nueva, pero el mayor impacto climático se consigue mejorando los edificios que ya tenemos.

La importancia de esta tarea es enorme. La industria de la construcción es responsable de aproximadamente el 40 % del consumo final de energía en la Unión Europea. La renovación energética del extenso parque de edificios existentes no es solo una opción, sino una necesidad urgente para cumplir con los objetivos climáticos.

Aquí es donde los MMC pueden cambiar las reglas del juego. Imaginemos la combinación de tecnologías como BIM para crear un mapa digital de un edificio existente, drones para inspeccionar su estado y elementos prefabricados, como paneles de fachada de alto rendimiento, fabricados a medida en una fábrica y ensamblados rápidamente in situ. Este enfoque podría acelerar masivamente la modernización energética de nuestras ciudades, un desafío que hoy parece casi insuperable con los métodos tradicionales.

Conclusión: Rediseñando nuestro mundo.

Los métodos modernos de construcción son mucho más que una simple técnica, ya que suponen un profundo cambio de paradigma. Fusionan una idea con siglos de antigüedad con tecnología de vanguardia para ofrecer soluciones a algunos de los mayores retos de nuestro tiempo: la necesidad de vivienda, la urgencia de la crisis climática y la ineficiencia de las industrias tradicionales.

Hemos visto que sus raíces son más antiguas de lo que imaginamos, que su velocidad puede ser asombrosa, que su objetivo ya no es solo ser sostenible, sino regenerativo y que su próximo gran desafío podría ser la renovación de lo ya construido.

Ahora que sabemos que podemos construir hospitales en 12 días y diseñar edificios que regeneran su entorno, la verdadera pregunta no es qué podemos construir, sino qué queremos construir.

Os dejo a continuación un audio en el que se puede escuchar una conversación sobre este tema, que espero que os resulte interesante y os aporte información valiosa.

Asimismo, en este vídeo podéis ver un resumen de las ideas principales que se tratan en el artículo, el cual os será de utilidad para comprender mejor el contenido.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Journal of Building Engineering, 73:106725. DOI:10.1016/j.jobe.2023.106725

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5 ideas reveladoras sobre la vida secreta de nuestros edificios y puentes (y por qué debería importarte).

Colapso de una torre de viviendas en Ronan Point (Reino Unido). By Derek Voller, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=59931718

Cada día cruzamos puentes y entramos en edificios con una confianza casi absoluta en su solidez. Damos por hecho que el hormigón y el acero que nos rodean son permanentes. Sin embargo, la realidad es que estas estructuras, al igual que cualquier otra cosa, envejecen, se desgastan y están expuestas a amenazas constantes. Esta degradación no es un problema lejano, sino una realidad silenciosa que ya está aquí. Se trata, como ya he comentado algunas veces, de una verdadera «crisis de las infraestructuras». De eso nos estamos ocupando en el proyecto de investigación RESIFIFE, del cual soy investigador principal.

Para comprender la magnitud del desafío, basta con echar un vistazo a las cifras. Según el informe de la Sociedad Americana de Ingenieros Civiles (ASCE) de 2021, casi el 42 % de todos los puentes de Estados Unidos tienen más de 50 años y un preocupante 7,5 % se consideran «estructuralmente deficientes». A nivel mundial, el panorama es igualmente preocupante. El Foro Económico Mundial estima que la brecha de inversión en infraestructuras podría alcanzar los 18 billones de dólares para el año 2040.

No se trata solo de un problema para ingenieros y gobiernos. Afecta a nuestra seguridad, a nuestra economía y a nuestro futuro. Por eso, hemos recopilado la investigación más reciente para compartir cinco de las ideas más reveladoras que los expertos están debatiendo sobre la gestión del ciclo de vida de nuestra infraestructura.

Los dos «enemigos» al que se enfrentan nuestras estructuras

La degradación de un edificio o un puente no es un proceso único. Para los ingenieros, el primer paso es siempre realizar un diagnóstico correcto. En este caso, hay dos tipos muy diferentes:

  • La degradación progresiva: piense en ella como un desgaste lento y constante. Se trata del «deterioro ambiental», por ejemplo, la corrosión del acero causada por la sal en el aire o la fatiga del material tras soportar cargas durante décadas. Es un enemigo paciente que debilita la estructura poco a poco a lo largo de toda su vida útil.
  • La degradación instantánea: son los impactos repentinos y violentos. Se trata de «eventos extremos», como terremotos, inundaciones o incluso desastres provocados por el ser humano. A diferencia de la degradación progresiva, un solo evento de este tipo puede reducir drásticamente el rendimiento de una estructura en cuestión de minutos.

Comprender esta diferencia es crucial, ya que no se puede utilizar la misma estrategia para reparar una grieta por fatiga que para recuperar una estructura después de un terremoto.

La caja de herramientas de los ingenieros: mantenimiento frente a reparación

Frente a estos dos enemigos, la ingeniería no lucha con las manos vacías. Cuenta con una caja de herramientas específica para cada amenaza, con dos categorías principales de soluciones o «mecanismos de intervención».

  • Mantenimiento: son acciones planificadas para combatir la degradación progresiva. Piense en ellas como la medicina preventiva. Estas «intervenciones preventivas o esenciales» incluyen tareas como reparar grietas, aplicar una nueva capa de pintura protectora o reemplazar componentes estructurales antes de que fallen. El objetivo es frenar el desgaste natural.
  • Reparación: son las acciones que se llevan a cabo en respuesta a la degradación instantánea. Pueden ser «preventivas», como reforzar una estructura (retrofit) para que resista mejor un futuro terremoto, o «correctivas», como las labores de recuperación para devolver la funcionalidad lo antes posible.

Este enfoque de «ciclo de vida» supone un cambio fundamental. En lugar de esperar a que algo se rompa para repararlo, los ingenieros modernos planifican, predicen e intervienen a lo largo de toda la vida útil de la estructura para garantizar su rendimiento a largo plazo.

Más allá de la seguridad: las cuatro formas de medir el «éxito» de una estructura

Es aquí donde el campo se ha vuelto realmente fascinante. La forma de evaluar el «éxito» de una estructura ha evolucionado desde una pregunta sencilla de «¿se ha caído o no?» basta un cuadro de mando sofisticado con cuatro indicadores clave. Para entenderlo mejor, podemos pensar en cómo se evalúa a un atleta profesional:

  • Fiabilidad (reliability): esta es la base. ¿Puede el atleta aguantar el esfuerzo de un partido sin lesionarse? Mide la probabilidad de que una estructura no falle en las condiciones para las que fue diseñada.
  • Riesgo (risk): este indicador va un paso más allá. Si el atleta se lesiona, ¿qué consecuencias tiene para el equipo? ¿Se pierde un partido clave o la final del campeonato? El riesgo tiene en cuenta las consecuencias de un fallo: sociales, económicas y medioambientales.
  • Resiliencia (resilience): este es un concepto más nuevo y crucial. En caso de lesión, ¿cuánto tiempo tardará el atleta en recuperarse y volver a jugar al máximo nivel? Mide la capacidad de una estructura para prepararse, adaptarse y, sobre todo, recuperarse de manera rápida y eficiente tras un evento extremo.
  • Sostenibilidad (sustainability): esta es la visión a largo plazo. ¿Está el atleta gestionando su carrera para poder jugar durante muchos años o se quemará en dos temporadas? La sostenibilidad integra los aspectos sociales, económicos y medioambientales para garantizar que las decisiones de hoy no afecten a las generaciones futuras.

Este cambio de enfoque para evaluar las consecuencias supone una revolución en el campo. Los expertos señalan un cambio de mentalidad fundamental: ya no basta con medir el rendimiento en términos técnicos. Ahora se centran en las consecuencias en el mundo real (sociales, económicas y ambientales), ya que estas ofrecen una visión mucho más fiel y significativa de lo que realmente está en juego.

 

La carrera contra el tiempo: por qué este campo está investigando ahora

El interés por modelar y gestionar el ciclo de vida de las estructuras no es solo una curiosidad académica, sino una respuesta directa a una necesidad global cada vez más acuciante. Un análisis de la investigación científica en este campo revela una clara «tendencia ascendente».

El número de artículos publicados sobre este tema ha crecido constantemente, pero se observa un «incremento importante» a partir de 2015. Este auge de la investigación no es académico, sino una respuesta directa a las alarmantes cifras que vimos al principio. La comunidad mundial de ingenieros está en una carrera contra el tiempo para evitar que ese déficit de 18 billones (18·1012) de dólares se traduzca en fallos catastróficos.

El futuro es inteligente: De la reparación a la predicción

Para gestionar esta complejidad, la ingeniería está recurriendo a herramientas cada vez más avanzadas que van más allá del cálculo tradicional. El objetivo es pasar de un enfoque reactivo a otro predictivo y optimizado. Es como pasar de ir al médico solo cuando tienes un dolor insoportable a llevar un reloj inteligente que monitoriza tu salud las 24 horas del día y te avisa de un problema antes incluso de que lo notes.

Entre las metodologías más destacadas se encuentran:

  • Optimización: algoritmos que ayudan a decidir cuál es la mejor estrategia de mantenimiento (cuándo, dónde y cómo intervenir) para obtener el máximo beneficio con recursos limitados.
  • Modelos de Markov: herramientas estadísticas que funcionan como un pronóstico del tiempo para las estructuras, ya que predicen su estado futuro basándose en su condición actual.
  • Inteligencia artificial (IA), aprendizaje automático y aprendizaje profundo: estas tecnologías permiten analizar grandes cantidades de datos (de sensores, inspecciones, etc.) para predecir fallos, identificar patrones invisibles al ojo humano y optimizar la gestión del ciclo de vida a una escala nunca antes vista.

Este cambio de paradigma significa que, en el futuro, las decisiones sobre cuándo reparar un puente o reforzar un edificio se tomarán con la ayuda de datos y algoritmos complejos que pueden prever el futuro de la estructura.

Conclusión: pensar en el mañana, hoy

Gestionar la salud de nuestra infraestructura es un desafío continuo, complejo y vital. Ya no basta con construir estructuras impresionantes; es fundamental adoptar una mentalidad de «ciclo de vida» que nos obligue a evaluar, intervenir y planificar constantemente pensando en el futuro. Solo así podremos garantizar que los edificios y puentes que usamos cada día no solo sean fiables, sino también resilientes ante los imprevistos y sostenibles para las próximas generaciones.

La próxima vez que cruces un puente, no pienses solo en dónde te lleva. Pregúntate cuál es su historia invisible en su lucha contra el paso del tiempo y si, como sociedad, estamos invirtiendo no solo para construir, sino también para perdurar.

Os dejo un vídeo que os puede servir de guía.

Referencias:

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Ni ladrillo ni hormigón: las 5 claves sorprendentes de la casa del futuro

De vez en cuando, los resultados de los trabajos de investigación de nuestro grupo tienen una gran repercusión. En algunos artículos anteriores podéis ver un ejemplo de la repercusión del proyecto RESILIFE. En este caso, se trata de una entrevista que me realizó Eduard Muñoz para el programa Un día perfecte. Se trata de un espacio donde se abre una puerta a todas aquellas personas con inquietudes culturales y científicas. Mi agradecimiento.

A continuación, os dejo un resumen de la entrevista. Al final del artículo, podréis escucharla completa. Espero que os resulte interesante.

El acceso a una vivienda digna, asequible y sostenible es uno de los grandes desafíos de nuestra era. Ante la escasez, el aumento de los costes y la necesidad de reducir el impacto medioambiental, buscar soluciones se ha convertido en una urgencia global. A menudo, las respuestas más innovadoras no provienen de las oficinas de las grandes constructoras, sino de la investigación académica. En este caso, un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV), dirigido por el investigador Víctor Yepes y la doctoranda Ximena Luque, ha desarrollado una nueva metodología que cambia nuestra forma de entender la construcción. Sus conclusiones, fruto de un riguroso análisis, desafían muchas de nuestras ideas preconcebidas sobre cómo debe ser la casa del futuro.

Olvida la idea del «barracón»: la prefabricación de alta calidad ya está aquí.

En España, la palabra «prefabricado» suele evocar una imagen de baja calidad, de construcciones temporales o «barracones» poco estéticos. Sin embargo, como explica Yepes, esta percepción está completamente desactualizada. Para desmontar este mito, propone una analogía contundente: las autocaravanas de gran lujo o los yates son elementos industrializados y prefabricados que alcanzan un altísimo nivel de acabado y calidad. El principio es el mismo: fabricar componentes en un entorno de fábrica controlado permite un nivel de precisión y de control de calidad difícil de lograr en una obra a la intemperie. Este nuevo enfoque de construcción industrializada no es una solución de segunda categoría, sino una tendencia en auge en los países nórdicos y en ciudades como Londres, que demuestra que la eficiencia de la fabricación en serie puede ir de la mano de la excelencia y el diseño.

La vivienda más eficiente está hecha de acero ligero.

El proyecto de investigación RESILIFE se centró en un caso de estudio en Perú, un país que se enfrenta a dos grandes desafíos en materia de vivienda: la prevalencia de la autoconstrucción de baja calidad y el alto riesgo sísmico. Tras analizar múltiples alternativas, desde los tradicionales muros de ladrillo y hormigón armado hasta paneles prefabricados, el estudio halló la solución óptima para este contexto específico: un sistema industrializado de acero ligero conocido como light steel frame.

Esta solución resultó ser superior por varias razones clave:

  • Seguridad sísmica: cumple con la estricta normativa de zonas de alto riesgo sísmico.
  • Eficiencia energética: proporciona un alto rendimiento energético, lo que reduce los costes de mantenimiento a largo plazo.
  • Estructura liviana: se basa en paneles prefabricados que conforman una estructura muy ligera.
  • Velocidad de construcción: permite una edificación extraordinariamente rápida, una ventaja crucial en situaciones de emergencia, como demostró China al construir un hospital en 15 días durante la pandemia.

Este caso demuestra que los materiales tradicionales no siempre son la respuesta más inteligente.

«El hormigón y el ladrillo son formas tradicionales de construcción en España, pero no hay que descartar otras posibilidades que, gracias a las nuevas tecnologías de inteligencia artificial, diseño asistido por ordenador, etc., harán que en el futuro sean posiblemente las más rápidas y eficientes».

— Víctor Yepes, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH).

Reducir el coste de construcción no basta para solucionar la crisis de la vivienda.

Los sistemas industrializados, como el de acero ligero, pueden reducir los costes directos de construcción entre un 15 % y un 20 %, lo cual no es una cifra desdeñable. Sin embargo, este ahorro no es la solución mágica a la crisis de asequibilidad, al menos en España. El investigador señala una realidad estructural del mercado inmobiliario español: el suelo SUELE representa más del 50 % del precio final de una vivienda. Por lo tanto, aunque abaratar la construcción es un paso positivo, la solución fundamental para que los precios bajen pasa por otra vía: es necesario poner más suelo público en el mercado para equilibrar la oferta y la demanda.

La clave no es un tipo de casa, sino una «receta» inteligente para construirla.

Aunque la casa de acero ligero en Perú es un resultado interesante, el verdadero avance de esta investigación no es un producto, sino un proceso. El resultado más importante es la creación de una metodología universal y adaptable, un motor capaz de generar la mejor solución para cualquier lugar del mundo. El equipo ha desarrollado una herramienta objetiva e imparcial que, mediante el uso de inteligencia artificial, puede analizar las condiciones locales y determinar la solución constructiva más adecuada.

Esta metodología tiene en cuenta una gran variedad de factores para tomar la decisión más acertada.

  • Costes locales de energía, electricidad y transporte.
  • La normativa vigente en la zona.
  • Disponibilidad de materiales y mano de obra.
  • Nivel de especialización de los trabajadores locales.

Esto significa que la mejor solución para Perú no tiene por qué serlo para España o el Reino Unido. La verdadera innovación consiste en ofrecer una solución personalizada y optimizada para las circunstancias específicas de cada lugar.

El futuro de la construcción debe ser inteligente, pero también humano.

Este trabajo demuestra que el futuro de la vivienda no depende de aferrarse a un único material, sino de aplicar inteligencia y una visión holística. No obstante, los investigadores advierten contra una solución puramente tecnocrática. Un proceso industrial muy eficiente puede reducir costes, pero si deja de lado a la mano de obra local, simplemente cambia un problema por otro. Por ello, ahora estudian cómo integrar el «factor humano» en su metodología. La casa verdaderamente «inteligente» del futuro también debe tener un impacto social inteligente, equilibrando la eficiencia con el empleo.

El conocimiento para construir mejor ya existe. Como subraya Víctor Yepes, la ciencia y la universidad generan soluciones aplicables a problemas reales. Su llamamiento final es un recordatorio crucial para los responsables políticos y económicos: es hora de escuchar a la investigación y aplicar estos criterios para construir un futuro más sostenible y justo para todos.

Si la ciencia ya nos ofrece las herramientas para construir de forma más inteligente y sostenible, ¿estamos preparados como sociedad para adoptar el cambio?

Os dejo la entrevista completa. Espero que os resulte interesante.

Referencia

LUQUE-CASTILLO, X.; YEPES, V. (2025). Life Cycle Assessment of Social Housing Construction: A Multicriteria Approach. Building and Environment, 282:113294. DOI:10.1016/j.buildenv.2025.113294

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Félix Candela: Maestro de las estructuras laminares

Félix Candela Outeriño (1910-1997).  https://www.biografiasyvidas.com/biografia/c/candela.htm

Félix Candela Outeriño nació el 27 de enero de 1910 en la calle Mayor de Madrid, cerca del Ayuntamiento, en el corazón del Madrid de los Austrias. Aunque su apellido es de origen siciliano, la familia Candela procedía de la costa levantina. Su madre, Julia Outeriño Echeverría, era gallega, hija de un sargento de alabarderos, y su padre, Félix Candela Magro, era un comerciante valenciano que heredó la representación en Madrid del negocio familiar de derivados del cáñamo, especializado en alfombras y alpargatas. Félix era el mayor de tres hermanos, seguido de Antonio y Julia. Tras la muerte de su padre en 1929 a causa de la tuberculosis, la familia vendió la zapatería y vivió de las rentas mientras Candela estudiaba arquitectura.

Desde pequeño, Candela compaginó sus estudios con una intensa actividad deportiva, en la que destacó en esquí, rugby y atletismo. En 1927, ingresó en la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid de la Universidad Politécnica de Madrid y terminó la carrera en 1935. Durante sus estudios, sobresalió en asignaturas técnicas como Geometría Descriptiva y Cálculo de Estructuras. Paralelamente, estudió en la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando, donde coincidió con Eduardo Robles Piquer y Fernando Ramírez de Dampierre, y conoció a Eduardo Torroja y sus técnicas de cubiertas de hormigón. En 1936, recibió la beca Conde de Cartagena para ampliar estudios en Alemania con una tesis doctoral, y contó con cartas de presentación para los ingenieros Franz Dischinger y Ulrich Finsterwalder. Sin embargo, la guerra civil española truncó sus planes. Se alistó en el Ejército Popular de la República como capitán de ingenieros.

Tras la retirada de Cataluña, Candela pasó por los campos de concentración de Saint-Cyprien y Le Barcarés, cerca de Perpiñán (Francia), hasta febrero de 1939, cuando embarcó rumbo a México en el buque Sinaia, llegando a Veracruz el 13 de junio del mismo año. Durante sus primeras semanas en México, sobrevivió con la ayuda del Servicio de Evacuación de los Republicanos Españoles (SERE). Su primer trabajo fue en la colonia Santa Clara, ubicada a unos 100 km al norte de Chihuahua, donde participó en la construcción de un pequeño poblado denominado Ojos Azules. En 1940, logró traer desde España a su novia, Eladia Martín, con quien se casó en Ciudad de México. Vivieron brevemente en Ojos Azules antes de regresar a la capital. Posteriormente, se asoció con el contratista español González Bringas en obras de Acapulco y, el 20 de octubre de 1941, obtuvo la ciudadanía mexicana.

Trabajó dos años en Acapulco, lo que le permitió adquirir experiencia local y estabilidad económica. Durante ese tiempo, trajo a México a su madre, a su hermana Julia y, por último, a su hermano Antonio, que llegó en 1946. Candela y su familia realizaron algunos encargos profesionales, entre ellos un edificio de apartamentos en la calle de Gorostiza y el Hotel Catedral, en Donceles (Ciudad de México). Con el premio que su hermano Antonio ganó en la Lotería Nacional en 1948, viajaron por Europa y visitaron Londres, Ámsterdam, Róterdam, París y La Haya.

En 1949, Candela se interesó por las láminas cilíndricas de hormigón armado que construía su amigo Raúl Fernández y, en 1950, fundó junto con los hermanos Fernández Rangel la empresa Cubiertas Ala, S. A., especializada en arquitectura industrial y estructuras laminares de hormigón armado, conocidas mundialmente como «cascarones» o «paraboloides hiperbólicos». Esta empresa marcó el inicio de su etapa de madurez profesional y creatividad, sustentada en estudios autodidactas y literatura técnica especializada. Entre sus primeros proyectos se encuentran experimentos con bóvedas catenarias y escuelas rurales, y en 1951 Candela construyó su primer paraboloide hiperbólico (hypar) de 15 mm de hormigón armado para el Pabellón de Rayos Cósmicos de la UNAM.

Pabellón de Rayos Cósmicos, en colaboración con Jorge González Reyna. UNAM– Por Mario Yaír TS – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=151093076

Durante la década de los cincuenta, desarrolló numerosas obras de este tipo: almacenes para las Aduanas de México (1953), un paraguas modular de planta cuadrada para cubiertas industriales y la iglesia de la Virgen de la Medalla Milagrosa (1953-1955) en la colonia Narvarte de Ciudad de México. En 1955, colaboró con Fernando López Carmona y Enrique de la Mora en la construcción de la cubierta de la Bolsa de Valores de México, para la que utilizó paraboloides hiperbólicos con borde curvo y sin refuerzos perimetrales. A partir de entonces, inició una serie de obras religiosas y civiles muy fructífera: la capilla de Nuestra Señora de la Soledad (1955), las iglesias de San Vicente de Paúl y San José Obrero (ambas de 1959), la iglesia de San Antonio de las Huertas (1956), la cubierta del cabaret La Jacaranda (1957), la capilla de Lomas de Cuernavaca (1958-1959) y el icónico restaurante Los Manantiales (1957-1958). Entre las obras más importantes destacan la planta embotelladora de Bacardí (1960), la iglesia de Santa Mónica (1960) y la iglesia de Nuestra Señora de Guadalupe en Madrid (1963), en la que Candela participó como calculista. Durante esta década, Cubiertas Ala construyó 395 obras, la mayoría de ellas industriales.

El propio Candela resumía su filosofía arquitectónica y estructural con estas palabras:

«Toda obra de arte es una interpretación del mundo, de lo que estás contemplando; una determinación de la percepción que crea e intenta un mundo distinto. Al fin y al cabo, una obra de arte no es sino una ofrenda al arte.»

L’Oceanogràfic (El Oceanográfico), Ciudad de las Artes y las Ciencias, Valencia, España. Por Felipe Gabaldón, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=12532971

Candela es considerado uno de los arquitectos estructuristas más importantes del siglo XX, y destacó por su capacidad para replantear el papel del arquitecto frente a los problemas estructurales de la arquitectura basándose en la economía, la sencillez de cálculo y la flexibilidad, y siempre mostrando una sensibilidad única a la hora de proyectar espacios. Desde sus inicios, difundió sus ideas enviando artículos al American Concrete Institute (ACI) y participando en congresos internacionales, alcanzando la fama mundial a partir de los años cincuenta.

Candela también alcanzó reconocimiento internacional: presidió las Charles Eliot Norton Lectures en Harvard (1961-1962), recibió el Premio Auguste Perret (1961), la medalla de oro de The Institution of Structural Engineers y homenajes de la colonia de refugiados españoles. En 1964, tras el fallecimiento de su primera esposa, Eladia, y después de 25 años de actividad en México, recibió oficialmente la cédula de arquitecto mexicano. En 1967 se casó con Dorothy Davies. En 1968, proyectó junto a Antonio Peyrí y Enrique Castañeda el Palacio de los Deportes para los Juegos Olímpicos, que destacó por su gran cúpula de cobre conocida como el «palacio de los cien soles».

En 1969 regresó a España para participar en el Congreso de la IASS y fue nombrado profesor honorario de la Escuela Técnica Superior de Arquitectura de Madrid. En 1971 se trasladó a Estados Unidos y residió en Nueva York y, posteriormente, en Chicago, donde obtuvo la ciudadanía estadounidense y ocupó una cátedra en la Universidad de Illinois hasta 1978. Posteriormente, trabajó asociado al IDEA Center en Toronto, Grecia, Arabia Saudita y París, hasta la disolución de la oficina en 1979. Durante este período, Candela participó en proyectos internacionales como la Ciudad Deportiva de Kuwait, el Estadio Santiago Bernabéu, el Idea Center de Riad y Yanbú, el Centro Cultural Islámico de Madrid, una torre de oficinas en Riad, un aeropuerto en Murcia, la Feria de Muestras de Marbella, la Legislatura de Veracruz, el Máster Plan de la Universidad Islámica y la Procuraduría de Xalapa.

En sus últimos años residió entre Nueva York y Madrid, donde colaboró con Fernando Higueras y Typsa. Recibió numerosos reconocimientos: entre ellos, la medalla de oro del Consejo Superior de Colegios de Arquitectos de España (1981), el I Premio Antonio Camuñas (1985), la publicación de En defensa del formalismo y otros escritos (1985) y el doctorado honoris causa por la Universidad Politécnica de Madrid (1994). En 1995, los colegios de arquitectos e ingenieros de caminos de Madrid le rindieron un homenaje conjunto.

Candela falleció el 7 de diciembre de 1997 en el Hospital Duke de Durham (Carolina del Norte) a causa de complicaciones derivadas de una dolencia cardíaca que padecía desde hacía años. Su obra, caracterizada por el uso del paraboloide hiperbólico, ha influido en generaciones posteriores de arquitectos, entre los que se encuentra Javier Senosiain. Entre sus publicaciones destacan: Simple Concrete Shell Structures (1951), Hacia una nueva filosofía de las estructuras (1952), Una pequeña demostración práctica de la validez de la teoría de la membrana en superficies alabeadas (1952), Estéreo-estructuras (1953), The shell as space closer (1955), Fórmulas generales para el cálculo de esfuerzos en cascarones parabólico-hiperbólicos (1960) y En defensa del formalismo y otros escritos (1985).

Os dejo algunos vídeos sobre Candela.

Dejo también un artículo de Antonio Tomás y Tomás Martí con motivo del centenario de su nacimiento.

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Rehabilitación sostenible de edificios costeros de hormigón: ¿cómo optimizar el mantenimiento?

Acaban de publicar un artículo nuestro en Environmental Impact Assessment Review, una de las revistas con mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR. En este trabajo se aborda, desde un enfoque innovador, la optimización de los intervalos de mantenimiento reactivo en edificios costeros construidos con métodos modernos de construcción (MMC). La investigación se enmarca dentro del proyecto RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se muestra un resumen del trabajo e información de contexto.

Quienes trabajamos en ingeniería de la construcción sabemos que los entornos costeros son un auténtico reto. La combinación de humedad, salinidad y vientos cargados de cloruros acelera la corrosión de las armaduras en el hormigón armado. Como consecuencia, estructuras tan comunes como hoteles de playa, bloques residenciales o edificios públicos junto al mar sufren un deterioro prematuro que reduce su vida útil, incrementa los costes de reparación y pone en riesgo la seguridad estructural.

Tradicionalmente, la industria de la construcción ha centrado sus esfuerzos en reducir el impacto ambiental de los materiales y de la fase inicial de obra, dejando en segundo plano la importancia del mantenimiento y la rehabilitación. Sin embargo, cada vez está más claro que prolongar la vida útil mediante estrategias de conservación es clave para lograr ciudades sostenibles.

La pregunta de partida

El equipo investigador se planteó la siguiente cuestión central: ¿qué combinación de diseño preventivo y mantenimiento reactivo permite alargar la vida útil de un edificio costero de hormigón armado de la forma más sostenible, equilibrando costes, impacto ambiental y repercusiones sociales?

Para responderla, compararon doce alternativas de diseño que mejoran la durabilidad frente a los cloruros y analizaron distintas estrategias de reparación en función del nivel de deterioro.

La aportación más destacada

Lo más novedoso del trabajo es la integración de un análisis del ciclo de vida (LCA) con un modelo de ayuda a la decisión basado en FUCOM-TOPSIS. Este enfoque híbrido no solo cuantifica los costes de construcción y mantenimiento, sino también los impactos ambientales (emisiones, recursos y salud humana) y sociales (seguridad de los trabajadores, generación de empleo, molestias a usuarios y a la comunidad local).

En otras palabras, el modelo permite determinar qué intervalos de mantenimiento reactivo son óptimos para cada diseño año tras año y compararlos desde una perspectiva de sostenibilidad global.

Cómo se ha llevado a cabo

  • Caso de estudio: un módulo de hotel en Sancti Petri (Cádiz), construido con losas aligeradas tipo Unidome mediante MMC.

  • Diseños preventivos analizados: desde adiciones (humo de sílice, cenizas volantes), cementos resistentes a sulfatos, reducción de la relación agua/cemento o mayor recubrimiento, hasta soluciones más avanzadas como aceros galvanizados o inoxidables.

  • Estrategias de mantenimiento: cuatro niveles de intervención, desde reparaciones superficiales hasta sustitución de armaduras corroídas.

  • Modelización: se aplicó el modelo de corrosión de Tuutti para estimar periodos de iniciación y propagación del daño.

  • Criterios de evaluación: ocho en total (dos económicos, dos ambientales y cuatro sociales), ponderados mediante FUCOM y evaluados con TOPSIS.

Resultados principales

Los resultados son muy ilustrativos para la práctica profesional.

  • Las soluciones más sostenibles combinaban cemento multirresistente, tratamientos hidrofóbicos anticorrosión y adiciones minerales, como el humo de sílice. Estas alcanzaron una mejora de la sostenibilidad de hasta el 86 % respecto al diseño base.
  • El cemento sulforresistente (SRC) se presentó como la alternativa más equilibrada, con un ciclo de mantenimiento cada 53 años y un ahorro del 65 % en comparación con el caso de referencia.
  • El acero inoxidable prácticamente elimina el mantenimiento durante 100 años, pero su impacto económico y medioambiental inicial lo convierte en una opción poco competitiva.
  • El acero galvanizado ofrece un buen compromiso, ya que es más duradero que el hormigón convencional y su coste es razonable, aunque su impacto ambiental es superior al de otras soluciones.
  • No siempre «menos mantenimiento» significa más sostenibilidad: la clave es intervenir en el momento adecuado para reducir costes y emisiones acumuladas a lo largo de todo el ciclo de vida.

Aplicaciones prácticas en la ingeniería

Este estudio aporta varias lecciones que se pueden aplicar directamente a la práctica:

  1. Planificación a largo plazo: las decisiones de diseño inicial deben ir acompañadas de una estrategia de mantenimiento clara, no solo de criterios de durabilidad normativa.

  2. Visión integral: al evaluar alternativas, no basta con comparar costes iniciales. También hay que tener en cuenta el impacto ambiental y social de cada opción.

  3. Aplicabilidad amplia: aunque el caso analizado es un hotel costero, la metodología es válida para puentes, puertos, depuradoras y cualquier otra estructura de hormigón expuesta a ambientes marinos.

  4. Alineación con la normativa europea: este tipo de enfoques encaja con las estrategias de descarbonización y economía circular de la UE, que exigen evaluar todo el ciclo de vida de las infraestructuras.

En definitiva, este trabajo nos recuerda que la sostenibilidad en la construcción no solo depende de lo que hacemos al levantar un edificio, sino también de cómo lo mantenemos a lo largo de su vida útil. Y, sobre todo, que la ingeniería ya cuenta con herramientas sólidas para planificar esas decisiones de manera objetiva, transparente y alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Optimizing reactive maintenance intervals for the sustainable rehabilitation of chloride-exposed coastal buildings with MMC-based concrete structure. Environmental Impact Assessment Review, 116, 108110. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108110

Como el artículo está publicado en abierto, os lo dejo para su descarga:

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Algunas preguntas sobre los muros pantalla

Figura 1. Cuchara bivalva para construir pantallas. Por GK Bloemsma – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/

1. ¿Qué es un muro pantalla y qué funciones principales tiene en el campo de la cimentación?

Un muro pantalla es una técnica de cimentación profunda que se empezó a desarrollar en la década de 1950. Su principal característica es que se trata de una contención flexible que también cumple una función de cimentación. Las funciones principales de los muros pantalla son las siguientes:

  • Contención de tierras: Especialmente útil en situaciones donde la estabilidad de la excavación es difícil y existe preocupación por la seguridad de edificios colindantes.
  • Cimentación profunda: Proporciona una base sólida para estructuras.
  • Impermeabilización: Existen pantallas diseñadas específicamente, a menudo con cemento-bentonita, para evitar la filtración de agua.
  • Combinaciones de las anteriores: Muchos proyectos requieren una combinación de estas funciones para abordar desafíos complejos del terreno y la construcción.

Los cambios de forma y los movimientos de flexión que experimentan los muros pantalla influyen significativamente en la distribución y magnitud de los empujes del suelo, así como en las resistencias y acciones mutuas entre el suelo y la estructura.

2. ¿Cómo se clasifican los muros pantalla según su trabajo estructural y su función?

Los muros pantalla se clasifican de diversas maneras para adaptarse a distintas necesidades constructivas y geológicas.

Según su trabajo estructural, se pueden clasificar de la siguiente forma:

  • Pantallas en voladizo: Se introducen en el terreno a una profundidad suficiente para asegurar su fijación, aprovechando la resistencia pasiva del suelo.
  • Pantallas ancladas: Se utilizan cuando la profundidad de excavación es considerable (generalmente > 7-8m). Su estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y a uno o varios niveles de anclajes. Se subdividen en:
    • De soporte libre (o articuladas): El empotramiento es mínimo, comportándose como una viga doblemente apoyada.
    • De soporte fijo (o empotradas): El empotramiento es suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, actuando como una viga apoyada-empotrada.
  • Pantallas arriostradas: Sustituyen los anclajes por estampidores (puntales).
  • Pantallas acodaladas (entibaciones): Utilizan elementos de arriostramiento para la contención.
  • Pantallas atirantadas: Similares a las ancladas, pero el término puede implicar una mayor rigidez o elementos de tracción más permanentes.
  • Pantallas con contrafuertes: Refuerzos estructurales que aumentan su rigidez y capacidad de contención.

Según su función, se distinguen:

  • Pantallas de impermeabilización: Diseñadas para crear una barrera contra el flujo de agua (ej. con cemento-bentonita).
  • Pantallas de contención de tierras: Su propósito principal es retener el suelo.
  • Pantallas de cimentación (cimentación profunda): Actúan como elementos de apoyo para la estructura.
  • Pantallas combinaciones de las anteriores: Lo más común, buscando una solución multifuncional.

3. ¿Cuáles son los métodos de excavación de bataches para la construcción de muros pantalla y cuándo se utiliza cada uno?

La excavación de los bataches (paneles que conforman el muro pantalla) es un paso crítico que se lleva a cabo mediante dos métodos principales:

  • Medios convencionales (cuchara al cable o hidráulica). Estos métodos se utilizan en condiciones de terreno normales y profundidades típicas:
    • Cuchara de cable: El cierre es mecánico. Su ventaja es que la grúa excavadora puede usarse como auxiliar para hormigonado e izado de armaduras.
    • Cuchara hidráulica: El cierre y el giro son hidráulicos. Son más fáciles de manejar y producen menos excesos de hormigón que las de cable, aunque requieren una grúa auxiliar para armadura y hormigonado.
  • Hidrofresa. Este método se emplea en situaciones más exigentes debido a sus características de precisión y capacidad. Se utiliza cuando:
    • La dureza del terreno es excesiva.
    • Se requiere una verticalidad estricta (por debajo del 0,5 %).
    • Se alcanzan grandes profundidades (superiores a 45 metros).

Antes de la excavación, es necesario construir muretes guía que dirijan la herramienta, aseguren la verticalidad de los paneles y sirvan de soporte estable para la extracción de las juntas. Durante la excavación, puede ser necesario utilizar lodos tixotrópicos (bentoníticos) o polímeros para mantener la estabilidad de las paredes.

Figura 2. Vista de murete guía. http://www.estructurasmaqueda.com

4. ¿Qué función cumplen los lodos tixotrópicos (bentoníticos) y los polímeros en la construcción de las pantallas y en qué se diferencian?

Los lodos tixotrópicos (principalmente bentoníticos) y los polímeros son fundamentales para el sostenimiento de las excavaciones de muros pantalla, sobre todo cuando la estabilidad del terreno lo requiere.

Lodos tixotrópicos (bentoníticos):

  • Funciones: Mantener las paredes de la excavación (evitando derrumbes), mantener los sólidos en suspensión y lubricar la herramienta de perforación.
  • Mecanismo de acción: Forman una «torta» (cake) impermeable en la pared de la excavación. Esta película permite que la presión hidrostática de la columna de lodo actúe contra las paredes, estabilizándolas. Para que el «cake» se forme, es necesaria cierta filtración del lodo, por lo que son efectivos en suelos permeables (arenas) pero inútiles en arcillas.
  • Propiedades: Son fluidos no newtonianos cuya viscosidad aumenta al dejarlos en reposo (tixotropía), manteniendo los sólidos en suspensión gracias a un esfuerzo umbral (yield point).
  • Contaminación: Si se contaminan, floculan y pierden su funcionalidad. Se puede añadir polímero celulósico para protegerlos y aumentar su yield point sin incrementar excesivamente la viscosidad (útil en gravas).

Polímeros:

  • Alternativa a la bentonita: Pueden sustituir total o parcialmente a los lodos bentoníticos en condiciones particulares.
  • Ventajas medioambientales: Son biodegradables con el tiempo o se pueden destruir rápidamente con agentes oxidantes (lejía, agua oxigenada) o bacterias específicas.
  • Mecanismo de acción: A diferencia de la bentonita, no forman un «cake» externo efectivo. Las largas cadenas poliméricas se infiltran en el terreno y unen sus partículas por tracción iónica, creando un «cake» interno. Esto permite que la presión hidrostática del lodo actúe contra el terreno cohesionado.
  • Limitaciones: Carecen de un «yield-point» efectivo (salvo excepciones), por lo que solo se pueden emplear en terrenos de baja permeabilidad (10-5 a 10-6 m/seg).
  • Otras características: No necesitan desarenadores, ya que los sólidos en suspensión decantan rápidamente. Se dividen en polares (aniónicos y catiónicos) y apolares, siendo estos últimos más resistentes a ataques químicos.

En resumen, los lodos bentoníticos dependen de la formación de una «torta» externa y son adecuados para suelos permeables, mientras que los polímeros actúan por infiltración y cohesión interna, siendo idóneos para suelos de baja permeabilidad y ofreciendo ventajas medioambientales.

5. ¿Cuáles son los pasos clave en la ejecución convencional de muros pantalla después de la excavación y qué consideraciones son importantes en cada uno?

Una vez completada la excavación del batache y, si es necesario, sostenida con lodos, los siguientes pasos en la ejecución convencional de muros pantalla son los siguientes:

  • Desarenado de los lodos: Si se utilizaron lodos y su contenido de arena supera el 5 %, es imprescindible desarenarlos mediante centrifugado en hidrociclones. De no hacerlo, la arena decantaría sobre el hormigón, formando bolsas que comprometerían la calidad del muro.
  • Colocación de la armadura: La armadura debe atender a varias consideraciones:
    • Debe tener un esqueleto suficientemente rígido para mantener su forma durante la manipulación.
    • Para armaduras de gran longitud, se debe eslingar por distintos puntos a lo largo de su alzado; para las cortas, disponer de asas de izado.
    • Debe dejar espacio suficiente para la tubería tremie que se usará para el hormigonado.
    • Se deben colocar separadores (metálicos o de hormigón) para asegurar el recubrimiento mínimo de 75 mm según la normativa UNE.
  • Hormigonado de las pantallas: Se utiliza la técnica del hormigón sumergido, necesaria cuando no es posible vibrar el hormigón (como ocurre bajo lodos).
    • El hormigón se introduce a través de una tubería tremie que debe permanecer introducida 5m en el hormigón (o 3m en seco), subiéndose a medida que el hormigonado avanza.
    • Para paneles de más de 5 m de longitud, se usan dos tuberías tremie.
    • Los lodos se van evacuando a medida que el hormigón asciende.
    • La duración total del hormigonado debe ser inferior al 70 % del tiempo de inicio de fraguado.
    • Se utiliza un hormigón de consistencia líquida (cono 16-20 NTE o 18-21 UNE-EN-1538).
    • El hormigón debe subir lo más horizontal posible dentro del panel.
  • Extracción de la junta: Existen diferentes tipos de juntas para asegurar la continuidad entre paneles:
    • Junta trapezoidal: No necesita retirarse antes del fraguado del hormigón. Se extrae con un cabestrante o gatos.
    • Junta circular y tricilíndrica (Stein): Deben extraerse durante el fraguado del hormigón, en el momento justo en que este ha endurecido lo suficiente para mantenerse, pero no tanto que impida la extracción. Se retiran con gatos hidráulicos.

El cumplimiento de las tolerancias establecidas en normativas como la UNE o el PG-3 es fundamental en cada una de estas etapas para garantizar la calidad y funcionalidad del muro pantalla.

6. ¿Qué son los anclajes en cimentaciones, cómo se clasifican y cuáles son sus principales aplicaciones?

Los anclajes son elementos de sujeción de estructuras al suelo, diseñados para colaborar en la estabilidad del conjunto suelo-estructura y que trabajan fundamentalmente a tracción.

Clasificación de los anclajes:

  • Según su forma de actuar:
    • Pasivos: Entran en tracción automáticamente cuando las cargas o fuerzas externas actúan, oponiéndose al movimiento del terreno y la estructura.
    • Activos (pretensados): Se pretensan hasta una carga admisible una vez instalados, comprimiendo el terreno entre el anclaje y la estructura. Esto evita el movimiento de la cabeza del anclaje hasta que se supere el esfuerzo de pretensado.
    • Mixtos: Se pretensan con una carga inferior a la admisible, dejando un margen para absorber movimientos imprevistos.
  • Según el tiempo de servicio previsto:
    • Provisionales: Diseñados para un uso temporal durante la fase de construcción.
    • Permanentes: Diseñados para permanecer en servicio durante toda la vida útil de la estructura.
  • Según el tipo de inyección:
    • Inyección única (IU): Inyección global del bulbo.
    • Inyección repetitiva (IR): Inyecciones a lo largo del bulbo en varias etapas.
    • Inyección repetitiva y selectiva (IRS): Inyecciones repetitivas en puntos específicos del bulbo.

Principales campos de aplicación:

  • Estabilización del terreno: Comprimir el terreno y coser diaclasas (fracturas).
  • Aumentar la resistencia al corte en taludes: Mejorar la estabilidad de laderas.
  • Sujeción de bóvedas de túneles y paredes de excavación: Proporcionar soporte en obras subterráneas o de contención.
  • Refuerzo de estructuras: Postesado de elementos estructurales, atirantado de bóvedas y arcos.
  • Arriostramiento de estructuras de contención: Estabilizar muros pantalla, tablestacados, etc.
  • Absorber esfuerzos en la cimentación de estructuras: Contrarrestar la subpresión en soleras bajo el nivel freático.
  • Anclaje de estructuras esbeltas y complejas: Proporcionar estabilidad a elementos con alta esbeltez.

Los anclajes inyectados constan de tres partes: la zona de anclaje (bulbo inyectado al terreno), la zona libre (cables protegidos por una vaina) y la cabeza y la placa de apoyo, que fijan el anclaje a la estructura.

Figura 3. Anclaje de un muro. Vía http://chuscmc.blogspot.com

7. ¿Cuáles son los principales estados límite que hay que considerar en el dimensionamiento de elementos de contención, como los muros pantalla, según la normativa española (CTE)?

Según esta normativa, el dimensionamiento de los elementos de contención debe verificar una serie de estados límite para garantizar la seguridad y funcionalidad de la estructura. Estos se dividen en estados límite últimos y estados límite de servicio.

Estados Límite Últimos (ELU): Se refieren a la capacidad portante y la estabilidad global, evitando la rotura o colapso.

  • Estabilidad:
    • Deslizamiento: La estructura se desliza sobre su base o una superficie de falla.
    • Hundimiento: El terreno bajo la cimentación de la estructura falla.
    • Vuelco: La estructura gira alrededor de su base.
  • Capacidad estructural: Fallo del material constitutivo de la pantalla (hormigón, acero).
  • Fallo combinado del terreno y del elemento estructural: Una combinación de los anteriores.

Para pantallas flexibles, se deben verificar además:

  • Estabilidad global: Del conjunto suelo-pantalla-anclajes-sobrecargas.
  • Estabilidad del fondo de la excavación: Evitar levantamiento o sifonamiento.
  • Estabilidad de la propia pantalla: Rotura por rotación o traslación, o por hundimiento.
  • Estabilidad de los elementos de sujeción: (Anclajes, puntales).
  • Estabilidad en las edificaciones próximas: No causar daños a estructuras adyacentes.
  • Estabilidad de las zanjas: Durante la excavación de la propia pantalla.

Estados Límite de Servicio (ELS): Se refieren a las condiciones de uso de la estructura, evitando movimientos o infiltraciones excesivas.

  • Movimientos o deformaciones: Excesivos de la estructura de contención o de sus elementos de sujeción, que afecten a la propia pantalla o a estructuras próximas.
  • Infiltración de agua no admisible: Problemas de estanqueidad.
  • Afección a la situación del agua freática en el entorno: Con posibles repercusiones a estructuras próximas.

En el cálculo se deben considerar acciones como los empujes activos y pasivos de las tierras, los empujes horizontales del agua freática, las sobrecargas y las acciones instantáneas o alternantes (terremotos, impactos). También se tienen en cuenta las propiedades del suelo, los coeficientes de empuje (de Rankine y de Coulomb) y la deformabilidad de la pantalla, que influye significativamente en la distribución de los empujes.

8. ¿Qué es el sifonamiento en excavaciones y cómo se puede prevenir?

El sifonamiento es un fenómeno de inestabilidad del terreno que se produce en excavaciones, especialmente cuando el nivel freático (NF) se halla por encima del fondo de la excavación y es preciso agotar el agua del interior. Se produce una filtración de agua a través del fondo o de las paredes de la excavación. Si la presión intersticial del agua (es decir, la presión en los poros del suelo) crece hasta igualar la presión total del terreno, la tensión efectiva del suelo se anula (σ’ = σ – u = 0), lo que provoca una pérdida de resistencia y un flujo ascendente de partículas finas del suelo. Este fenómeno se alcanza para un «gradiente crítico».

Figura 4. Longitud de empotramiento para evitar el sifonamiento

Los principales problemas que causa el sifonamiento son:

  • Inestabilidad del fondo de excavación: Pérdida de capacidad portante del suelo.
  • Reducción de la presión efectiva en el intradós de la pantalla: Disminuye el efecto positivo del empuje pasivo, comprometiendo gravemente la estabilidad del muro pantalla.
  • Tubificación o entubamiento: Si se dan sifonamientos localizados, se inicia una erosión interna que forma conductos por donde el agua arrastra material, pudiendo causar un colapso brusco.

Soluciones principales para prevenir el sifonamiento:

  • Dimensionar un correcto sistema de bombeo: Para liberar las presiones intersticiales, ya sea durante la excavación (agotamiento) o de forma permanente mediante soleras drenadas. Los sistemas pueden ser bombeo desde arquetas (para excavaciones pequeñas sin finos), pozos filtrantes o lanzas de drenaje (well point).
  • Incrementar la clava de la pantalla: Aumentar la profundidad de empotramiento del muro pantalla (∆l) incrementa el recorrido del agua, reduciendo el gradiente hidráulico. La clava real puede ser un 20% mayor que la profundidad del punto de rotación.
  • «Clavar» las pantallas en un sustrato impermeable: Si es posible, extender la pantalla hasta una capa de suelo con muy baja permeabilidad (k) para cortar el flujo de agua.
  • Disminuir la permeabilidad de la capa filtrante y aumentar su peso específico aparente (γ’): Esto se puede lograr mediante un tapón de Jet-grouting, que también puede actuar como un codal natural.
  • Aumentar el efecto ataguía de la clava de las pantallas: Mediante un «peine» de inyecciones que reduce la permeabilidad del suelo bajo el muro.
  • Congelación del nivel freático: En casos extremos, se puede congelar el agua del terreno para crear una barrera impermeable.

A continuación os dejo un audio que resume bien el contenido de estos temas. Espero que os sea de interés.

Glosario de términos clave

  • Muro pantalla: Técnica de cimentación profunda y contención flexible que se desarrolla a principios de los años 50, aúna ambas funciones, especialmente en excavaciones difíciles o cerca de edificios.
  • Contención flexible: Cualidad de los muros pantalla que permite cambios de forma y movimientos de flexión, influenciando la distribución de empujes y la interacción suelo-estructura.
  • Empotramiento: Profundidad a la que se introduce la pantalla en el terreno por debajo del nivel de excavación para asegurar su fijación y estabilidad.
  • Empujes activos: Presiones horizontales mínimas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma alejándose de la estructura (descompresión horizontal).
  • Empujes pasivos: Presiones horizontales máximas que ejerce el terreno sobre una estructura de contención cuando este se deforma empujando hacia el terreno (compresión horizontal).
  • Empuje al reposo: Presión horizontal que ejerce el terreno cuando no hay deformación lateral de la estructura de contención.
  • Muretes-guía: Estructuras temporales previas a la excavación de bataches, que dirigen la herramienta de excavación, aseguran la verticalidad de los paneles y sirven de soporte.
  • Batache: Segmento o panel individual que conforma el muro pantalla continuo, excavado y posteriormente hormigonado.
  • Cuchara al cable/hidráulica: Herramientas de excavación utilizadas para la formación de los bataches en medios convencionales.
  • Hidrofresa: Máquina de excavación especializada para bataches, usada en terrenos muy duros, cuando se requiere verticalidad estricta o a grandes profundidades.
  • Lodos tixotrópicos (bentoníticos): Suspensiones de arcilla (bentonita) en agua, utilizadas para sostener las paredes de la excavación mediante la formación de un «cake» y presión hidrostática, además de lubricar la herramienta. Son fluidos no newtonianos.
  • Lodos poliméricos: Soluciones de polímeros en agua que sustituyen o complementan a los lodos bentoníticos, formando un «cake» interno y uniendo partículas del terreno por tracción iónica. Son biodegradables.
  • Cake: Película impermeable que se forma en las paredes de la excavación de un muro pantalla debido a la filtración del lodo bentonítico, esencial para el sostenimiento por presión hidrostática.
  • Yield point (esfuerzo umbral): Esfuerzo mínimo necesario para que un fluido tixotrópico comience a fluir; por debajo de él, el lodo se comporta como un sólido.
  • Floculación: Proceso por el cual las partículas de lodo se agrupan, perdiendo su estabilidad y funcionalidad, generalmente por contaminación.
  • Tubería tremie: Tubería utilizada para el hormigonado sumergido de los muros pantalla, asegurando que el hormigón se deposite por debajo de la superficie del lodo sin contaminarse.
  • Junta (en pantallas): Dispositivo o técnica utilizada para asegurar la continuidad y estanqueidad entre bataches adyacentes (circular, trapezoidal, tricilíndrica o Stein).
  • Desarenado: Proceso de separación de arena de los lodos bentoníticos, realizado con hidrociclones, necesario para evitar la decantación de arena en el hormigón.
  • Pantalla en voladizo: Muro pantalla que se introduce en el terreno a una profundidad suficiente para que se fije como un elemento estructural en voladizo, aprovechando la resistencia pasiva.
  • Pantalla anclada: Muro pantalla cuya estabilidad se confía a la resistencia pasiva de la parte enterrada y al apoyo de uno o varios niveles de anclajes, usado en excavaciones profundas.
  • Pantalla de soporte libre (articulada): Pantalla anclada con una profundidad de empotramiento pequeña, que permite movimientos significativos en su base y se comporta como una viga doblemente apoyada.
  • Pantalla de soporte fijo (empotrada): Pantalla anclada con una longitud de empotramiento suficiente para que el movimiento en su base sea insignificante, comportándose como una viga apoyada-empotrada.
  • Efecto arco: Fenómeno que ocurre en pantallas flexibles, donde las cargas se concentran en las zonas más rígidas (como anclajes o fondo de excavación) y hay una descarga en las zonas de mayor movimiento.
  • Sifonamiento: Fenómeno en excavaciones con nivel freático alto, donde la presión intersticial en el fondo iguala la presión total, anulando la tensión efectiva del terreno y causando inestabilidad.
  • Gradiente crítico: Valor del gradiente hidráulico a partir del cual se produce el sifonamiento del terreno.
  • Tubificación (entubamiento): Erosión interna del terreno causada por sifonamientos localizados, formando conductos en el suelo.
  • Pozos filtrantes: Sistema de drenaje que utiliza bombas lapicero dentro de pozos para abatir el nivel freático.
  • Sistema de agujas filtrantes (well-point): Drenaje basado en la hinca de minipozos alrededor de una excavación, utilizando bombas de vacío para aspirar aire y agua, adecuado para terrenos arenosos.
  • Anclaje: Elemento de sujeción que transmite cargas de una estructura al terreno, generalmente trabajando a tracción.
  • Bulbo de inyección (zona de anclaje): Parte del anclaje inyectado que se fija al terreno, donde se desarrolla la transferencia de carga.
  • Zona libre: Parte del anclaje (cables o torones) que se encuentra protegida y no está en contacto directo con el terreno, permitiendo el pretensado sin fricción.
  • Cabeza y placa de apoyo: Elementos del anclaje que lo fijan a la estructura y mediante cuñas inmovilizan los torones.
  • Método de Kranz: Método de cálculo para anclajes que evalúa la estabilidad global frente al deslizamiento de la cuña de terreno soportada por los anclajes.
  • Entibación: Conjunto de elementos (tablestacas, puntales, codales) que se utilizan para contener las paredes de una excavación, evitando su colapso.
  • Método berlinés: Tipo de entibación donde se hincan perfiles metálicos aislados antes de excavar, y luego se va entibando progresivamente con elementos de contención y puntales.
  • Levantamiento de fondo: Problema de inestabilidad característico de excavaciones entibadas en suelos arcillosos blandos, donde el fondo de la excavación asciende debido a la presión del terreno.

Referencias:

  • CASHMAN, P.M.; PREENE, M. (2012). Groundwater lowering in construction. A practical guide to dewatering, 2nd edition. CRC Press, Boca Raton, 645 pp.
  • INSTITUTO GEOLÓGICO Y MINERO DE ESPAÑA (1987). Manual de ingeniería de taludes. Serie: Guías y Manuales, n.º 3, Ministerio de Educación y Ciencia, Madrid, 456 pp.
  • POWERS, J.P.; CORWIN, A.B.; SCHMALL, P.C.; KAECK, W.E. (2007). Construction dewatering and groundwater control: New methods and applications. Third Edition, John Wiley & Sons.
  • PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
  • TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0
  • YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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La interacción suelo–estructura como factor decisivo en el diseño optimizado y robusto frente al colapso progresivo de edificios de hormigón armado

Acaban de publicarnos un artículo en Innovative Infrastructure Solutions, revista indexada en el JCR. El artículo presenta un marco de optimización estructural para edificios con pórticos de hormigón armado que integra la resistencia frente al colapso progresivo y la interacción suelo-estructura con el objetivo de conseguir diseños seguros, sostenibles y realistas. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación se recoge un resumen sintético del trabajo.

En los últimos años, la optimización matemática se ha convertido en una herramienta muy valiosa para la ingeniería. Lejos de ser un mero ejercicio teórico, se ha comprobado que permite diseñar estructuras más eficientes, con menos consumo de materiales, costes e impacto medioambiental. Sin embargo, hasta ahora, un aspecto importante había quedado fuera de estos procesos de optimización: la seguridad frente al colapso progresivo, un fenómeno en el que el fallo localizado de un elemento estructural provoca una reacción en cadena que puede ocasionar el derrumbe total del edificio.

Este tipo de situaciones no son meramente hipotéticas: explosiones accidentales, impactos de vehículos, errores de ejecución e incluso actos intencionados han provocado a lo largo de la historia fallos de este tipo, con consecuencias devastadoras en términos humanos y económicos. Por este motivo, organismos como la General Services Administration (GSA) y el Departamento de Defensa (DoD) de EE. UU. han desarrollado directrices específicas para incorporar criterios de robustez frente al colapso progresivo en el diseño estructural.

La principal aportación de este trabajo es la propuesta de un marco computacional integrado denominado Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse (ObRDPC), que combina tres elementos fundamentales:

  1. Optimización estructural mediante algoritmos heurísticos.

  2. Diseño robusto frente a colapso progresivo, aplicado desde el inicio del proceso de cálculo con el método del Alternate Path.

  3. Consideración de la interacción suelo–estructura (SSI), aspecto habitualmente ignorado, pero que modifica de forma notable la respuesta real de un edificio.

La metodología desarrollada no se limita a verificar a posteriori si una estructura cumple los requisitos de robustez, sino que integra estas exigencias como restricciones en el propio proceso de optimización. Así, el algoritmo no solo busca minimizar un objetivo (en este caso, las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción), sino que también garantiza la seguridad frente a escenarios de fallo.

Para validar la propuesta, se estudiaron cinco casos de edificios de pórticos de hormigón armado tridimensionales con distintas combinaciones de número de plantas (de cuatro a seis) y longitudes de vano (cuatro, seis y ocho metros). A cada edificio se le aplicaron dos escenarios de daño: la eliminación de una columna de esquina y la eliminación de una columna exterior. Estos escenarios, definidos en la guía GSA, simulan situaciones críticas y permiten evaluar la capacidad de la estructura para redistribuir las cargas y evitar un colapso en cadena.

El marco ObRDPC integra un proceso automatizado en el que el modelado estructural se realiza con SAP2000, enlazado con rutinas programadas en MATLAB. Además, se tiene en cuenta el diseño constructivo de cimentaciones mediante zapatas aisladas, que se modelan como losas apoyadas sobre un suelo con comportamiento elástico. En este punto, la SSI es fundamental, ya que los asientos diferenciales de la cimentación generan esfuerzos adicionales en pilares y vigas, lo que modifica la redistribución de cargas en caso de fallo. El estudio muestra que ignorar este efecto puede dar lugar a errores de hasta el 24 % en el dimensionamiento de la superestructura tras la pérdida de un pilar, lo que se traduce en diseños potencialmente inseguros o, por el contrario, sobredimensionados y poco sostenibles.

Los resultados más destacados se pueden resumir así:

  • Influencia de la altura del edificio: a medida que aumenta el número de plantas, la estructura gana en robustez. Esto se debe a la redundancia estructural y a la existencia de múltiples caminos alternativos para la redistribución de cargas (efecto de pórtico global, mecanismos tipo Vierendeel, etc.). En consecuencia, los edificios de mayor altura presentan una menor diferencia entre un diseño convencional y otro robusto frente al colapso progresivo.

  • Influencia de la luz de vano: a diferencia de lo que ocurre con la altura, un mayor aumento de la luz compromete la robustez. En vanos de 8 metros, el impacto ambiental de un diseño robusto frente al colapso progresivo aumenta en más de un 50 %. La razón es doble: por un lado, las vigas deben absorber momentos flectores mucho mayores cuando desaparece un apoyo y, por otro, disminuye la redundancia estructural al haber menos pilares por unidad de superficie.

  • Estrategias de redistribución de cargas: los mecanismos estructurales varían según el elemento. En las vigas, la optimización conduce a secciones más profundas y a un incremento del refuerzo superior de hasta el 35 % en zonas críticas. En los pilares, tienden a utilizarse secciones más robustas y hormigones de mayor resistencia (hasta 40 MPa) para controlar las solicitaciones combinadas de axiles y flectores. Las cimentaciones, por su parte, tienden a tener geometrías más cuadradas, lo que mejora su respuesta frente a asientos diferenciales.

  • Impacto ambiental y sostenibilidad: en edificios con vanos moderados (4 m), el sobrecoste ambiental de diseñar frente a un colapso progresivo es inferior al 8 %, una cifra razonable para garantizar una mayor seguridad. Sin embargo, en estructuras con vanos grandes, el impacto es muy significativo, por lo que es necesario reflexionar sobre las limitaciones geométricas de ciertos proyectos si se pretende compatibilizar sostenibilidad y robustez.

El valor práctico de esta investigación es indudable. Frente a los métodos tradicionales basados en el ensayo y el error y en hipótesis de apoyo rígido, la propuesta permite automatizar el proceso de diseño e integrar la seguridad y la sostenibilidad desde el principio. Para los ingenieros y proyectistas, esto supone una herramienta que evita tanto el riesgo de subdiseño (estructuras inseguras) como el de sobrediseño (estructuras innecesariamente pesadas y contaminantes).

En definitiva, este trabajo supone un avance hacia una ingeniería estructural más integral, ya que no solo se trata de optimizar costes o reducir emisiones, sino también de garantizar la resiliencia de nuestras construcciones frente a eventos extremos. La integración de la interacción suelo-estructura añade, además, un realismo que acerca la investigación a la práctica profesional. En el futuro, esta metodología podría extenderse a otros sistemas estructurales, como marcos metálicos, estructuras mixtas o rascacielos, lo que supondría un horizonte prometedor para la construcción de infraestructuras seguras, sostenibles y duraderas.

Referencia:

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

Os dejo el artículo para que lo descarguéis, ya que está publicado en abierto.

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El hormigón frente al mar: cómo alargar la vida de los edificios costeros

A continuación, os paso el contenido de una nota de prensa que ha lanzado la UPV sobre uno de nuestros trabajos de investigación relacionados con el proyecto RESILIFE.

Este trabajo se ha publicado en una de las revistas de mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR: Environmental Impact Assessment Review.

También os dejo enlaces a la noticia. Espero que os resulte interesante.

 

La UPV desarrolla una metodología pionera que combina economía, medioambiente y sociedad para decidir cómo construir y mantener de forma sostenible en entornos marinos.

Por las mañanas, cuando la brisa marina llega a las playas gaditanas, también transporta consigo algo menos poético que el aroma del mar: partículas de sal. Estas sales, cargadas de cloruros, penetran en los materiales de los edificios y aceleran la corrosión del hormigón armado. El resultado es un problema silencioso, pero de gran magnitud: estructuras que se deterioran antes de tiempo, con costes de reparación muy elevados y, en algunos casos, con riesgos para la seguridad.

Un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado una herramienta que podría cambiar la forma en la que se planifican las construcciones en la costa. Su investigación, publicada en la revista internacional Environmental Impact Assessment Review, propone un método novedoso que integra tres dimensiones de la sostenibilidad:

  • la económica (cuánto cuesta construir y mantener),
  • la ambiental (qué huella deja en términos de emisiones y recursos),
  • y la social (cómo afecta a trabajadores, vecinos y usuarios).

En palabras de Antonio J. Sánchez-Garrido, autor principal del trabajo: “No basta con calcular cuántos años puede durar un material; hay que considerar también qué impacto tendrá sobre la comunidad, sobre el medio ambiente y sobre el bolsillo de quienes deben mantenerlo”.

Un edificio piloto frente al mar

Para aterrizar su modelo, los investigadores eligieron un caso muy concreto: un hotel situado en primera línea de playa en Sancti Petri (Cádiz). A partir de ahí simularon doce alternativas constructivas distintas, desde cementos especiales hasta recubrimientos protectores o cambios en el tipo de acero de las armaduras.

A cada una de estas alternativas le aplicaron modelos matemáticos de predicción del deterioro y un sistema de decisión multicriterio (FUCOM–TOPSIS) que permite ordenar las opciones en función de su sostenibilidad. El horizonte temporal fue de 100 años, lo que ofrece una visión a largo plazo del ciclo de vida del edificio.

El resultado: una especie de “hoja de ruta” que indica qué material conviene utilizar y cada cuánto tiempo hay que intervenir para alargar la vida útil de la construcción.

Resultados que desmontan intuiciones

Uno de los hallazgos más llamativos es que las soluciones más duraderas no son necesariamente las más sostenibles. El acero inoxidable, por ejemplo, puede resistir más de un siglo sin apenas corrosión. Sin embargo, su elevado coste económico y el fuerte impacto ambiental asociado a su producción lo convierten en una opción menos recomendable si se busca un equilibrio global.

En cambio, alternativas como el cemento resistente a sulfatos (SRC) se posicionan como las más equilibradas: ofrecen buena durabilidad, costes razonables y un impacto ambiental moderado. Según el estudio, con esta solución bastaría con intervenir aproximadamente cada 53 años, lo que supone un gran ahorro económico y logístico.

Otros materiales, como las mezclas con humo de sílice o los tratamientos hidrofóbicos, también obtienen puntuaciones muy competitivas, alargando la vida útil de la estructura y reduciendo la necesidad de reparaciones frecuentes.

Más allá del cálculo técnico

El valor añadido del trabajo radica en su enfoque integral. Hasta ahora, muchas decisiones en construcción se han basado en criterios parciales: el coste inmediato, la resistencia mecánica o la facilidad de ejecución. La propuesta de la UPV va más allá al incluir también los efectos sociales: desde la generación de empleo en la fase de construcción y mantenimiento, hasta las molestias que las obras provocan en vecinos, turistas o trabajadores.

“Un hotel en primera línea de playa no puede permitirse cerrar cada pocos años para reparaciones. Reducir la frecuencia y la duración de las obras no solo ahorra dinero, sino que mejora la experiencia de quienes viven o disfrutan de esos espacios”, explica Víctor Yepes, coautor del estudio e investigador del Instituto ICITECH de la UPV.

Aplicaciones prácticas y futuro

Las aplicaciones de esta metodología son numerosas. Puede ayudar a promotores inmobiliarios a elegir materiales más sostenibles, a administraciones públicas a incluir métricas objetivas en sus licitaciones de obra, y a ingenieros y arquitectos a planificar proyectos con una visión a largo plazo.

Además, se trata de un modelo replicable y transparente, lo que significa que puede adaptarse a diferentes contextos: desde viviendas costeras hasta paseos marítimos, puentes o incluso puertos.

El equipo de la UPV ya trabaja en los siguientes pasos: incorporar inteligencia artificial y modelos probabilísticos para mejorar las predicciones, y validar la metodología en proyectos reales a gran escala, que permitan trasladar este conocimiento directamente al sector.

Un cambio de paradigma

En un momento en que Europa avanza hacia la neutralidad climática y exige a la construcción estándares más estrictos de sostenibilidad, este tipo de investigaciones se vuelven cruciales. No se trata solo de ahorrar dinero o prolongar la vida de los edificios, sino de repensar la relación entre infraestructuras, medio ambiente y sociedad.

La sal del mar seguirá siendo una amenaza para las estructuras costeras, pero gracias a esta metodología, los edificios podrán resistir mejor el paso del tiempo. Y, sobre todo, podrán hacerlo de manera más respetuosa con el planeta y con las personas que los habitan.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Optimizing reactive maintenance intervals for the sustainable rehabilitation of chloride-exposed coastal buildings with MMC-based concrete structure. Environmental Impact Assessment Review, 116, 108110. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108110

Esta investigación ha tenido repercusión en la prensa escrita. Aquí tenéis algunos enlaces:

https://cadenaser.com/comunitat-valenciana/2025/08/24/la-upv-propone-como-hacer-mas-duraderos-los-edificios-junto-al-mar-radio-valencia/

https://www.larazon.es/comunidad-valenciana/upv-crea-herramienta-que-ayuda-alargar-vida-util-edificios-situados-junto-mar_2025082468aad195fb354e4b3d1cad77.html

https://valenciaplaza.com/arquitectura-patrimonio-valencia-comunitat-valenciana/la-upv-crea-una-herramienta-que-ayuda-a-alargar-la-vida-util-de-los-edificios-situados-junto-al-mar

https://castellondiario.com/edificios-mas-duraderos-frente-al-mar-la-herramienta-pionera-de-la-upv/

https://www.lavanguardia.com/vida/20250824/10997986/crean-herramienta-ayuda-alargar-vida-util-edificios-situados-mar-agenciaslv20250824.html?utm_term=botones_sociales

UPV crea ferramenta per a prolongar la vida d’edificis costaners i optimitzar el seu manteniment

Os dejo también dos cortes de RNE y de La Ser sobre este mismo tema.

 

Método de Galerkin y placas elásticas: la contribución de Borís Galiorkin a la ingeniería estructural

Borís Grigórievich Galiorkin (1871–1945). https://generals.dk/general/Galerkin/

Borís Grigórievich Galiorkin (1871–1945) fue un ingeniero y matemático soviético cuya obra transformó la teoría de estructuras y la física matemática. Nacido en una familia humilde en Polotsk, tuvo que compaginar desde joven sus estudios con distintos trabajos para poder subsistir. Su vida estuvo marcada tanto por la represión política —incluidos periodos en prisión— como por una intensa labor científica y docente. Galiorkin es recordado principalmente por el desarrollo del célebre Método de Galerkin, una técnica de aproximación para resolver ecuaciones diferenciales que hoy es pilar en disciplinas como la mecánica, la termodinámica o el electromagnetismo. Su legado sigue siendo fundamental en la ingeniería moderna.

Borís Grigórievich Galérkin (en ruso, Бори́с Григо́рьевич Галёркин, apellido a veces transliterado como Galerkin o Galyorkin) nació el 20 de febrero de 1871. Pólatsk, Gobernación de Vítebsk, Imperio ruso; actual Bielorrusia —falleció el 12 de julio de 1945 en Leningrado, URSS— fue un ingeniero civil y matemático soviético, célebre por formular el método de Galerkin, una técnica numérica fundamental para la resolución aproximada de ecuaciones diferenciales parciales.

Nació en el seno de una familia judía pobre. Sus padres, Girsh-Shleym (Hirsh-Shleym) Galerkin y Perla Basia Galerkina, poseían una casa en Polotsk, pero sus oficios artesanales apenas generaban ingresos. Desde los doce años trabajó como calígrafo en los tribunales para ayudar a la economía familiar.

Cursó sus estudios en Polotsk y, tras superar los exámenes de acceso en Minsk en 1893, obtuvo la oportunidad de continuar su formación superior. Ese mismo año ingresó en el Instituto Tecnológico Estatal de San Petersburgo, donde estudió matemáticas e ingeniería. Para mantenerse, dio clases particulares y, desde 1896, trabajó como diseñador técnico. Durante su etapa universitaria, se vinculó a los socialdemócratas rusos, lo que marcó el rumbo de su vida. En 1899, poco antes de graduarse, fue expulsado del instituto por sus actividades políticas, pero logró graduarse como estudiante externo ese mismo año.

Comenzó su carrera profesional en la fábrica de locomotoras de Járkov en 1899 y, en 1903, se trasladó a San Petersburgo para asumir el cargo de ingeniero jefe en la Northern Mechanical and Boiler Plant. Al mismo tiempo, continuó su activismo en el partido socialdemócrata y fundó un sindicato obrero. Fue encarcelado brevemente en 1905 y, en 1907, condenado a dieciocho meses de prisión. En la cárcel escribió su primer tratado científico: un manual sobre análisis estructural. En 1908, tras salir de prisión, decidió apartarse de la militancia y dedicarse a la ingeniería civil y a la ciencia.

En 1909, comenzó a enseñar mecánica estructural en el Instituto Tecnológico de San Petersburgo, bajo la influencia de V. L. Kirpichov, y en contacto con científicos como Iván Bubnov, A. N. Krylov, I. V. Meshcherskiy y S. P. Timoshenko. Ese mismo año, publicó su primer trabajo sobre pandeo longitudinal, inspirado en Euler y aplicable al diseño de puentes y estructuras de edificios.

Entre 1909 y 1914 viajó por Alemania, Austria, Suiza, Bélgica y Suecia para estudiar obras y sistemas constructivos modernos. En 1911, enseñó también en el Instituto Politécnico Femenino y, en 1913, diseñó la estructura metálica de una central termoeléctrica en San Petersburgo, considerada la primera gran edificación rusa con armazón metálico sometido a cargas pesadas, lo que supuso un hito en Europa.

En 1915 presentó el trabajo que le daría fama mundial: el método de aproximación para ecuaciones diferenciales, que aplicó inicialmente a entramados y placas. Aunque I. G. Bubnov había propuesto un enfoque similar en 1911, la formulación de Galerkin fue más general, ya que desvinculó el procedimiento de la resolución variacional directa e interpretó el método como una técnica universal aplicable a problemas de mecánica y física matemática.

En la actualidad, el método de Galerkin (también conocido como método de Bubnov-Galerkin) constituye la base de numerosos algoritmos en mecánica, termodinámica, electromagnetismo, hidrodinámica y otras disciplinas, y se considera uno de los antecedentes directos del método de elementos finitos.

En 1919 obtuvo una plaza de profesor en el Instituto Politécnico Femenino y, en 1920, ganó por concurso la cátedra de Mecánica Estructural en el Instituto Tecnológico de San Petersburgo. Al año siguiente, también impartía docencia en la Universidad de Leningrado y en el Instituto de Ingenieros de Comunicaciones de dicha ciudad. Ese mismo año, la Sociedad Matemática de San Petersburgo reabrió sus puertas tras la revolución con el nombre de Sociedad Físico-Matemática de Petrogrado. Galiorkin desempeñó un papel central en ella junto a científicos como V. A. Steklov, Serguéi Bernstein y Alexandr Friedmann.

En 1923, fue elegido decano de la Facultad de Ingeniería Civil del Politécnico, donde defendió la independencia académica frente a las presiones políticas y creó los primeros laboratorios de la facultad. En 1924 realizó su último viaje internacional, al Congreso de Mecánica Aplicada en los Países Bajos. En 1928 fue elegido miembro correspondiente de la Academia de Ciencias de la URSS, y en 1935, miembro de pleno derecho. Durante las décadas de 1920 y 1930, fue consultor en las principales obras industriales e hidráulicas de la URSS. Entre sus aportaciones, destacan sus estudios sobre la presa y la central hidroeléctrica del Dniéper (1929), en los que analizó las tensiones en los muros de la presa de perfil trapezoidal. En 1933 publicó Uprugie tonkie plity (Placas delgadas elásticas) y, en 1937, su monografía sobre membranas. Además, entre 1934 y 1945 investigó la teoría de recubrimientos o carcazas, que tenía aplicaciones industriales novedosas. Recibió dos doctorados en técnicas y matemáticas (1934) y el título de Trabajador Eminente en Ciencia e Ingeniería. Ese mismo año fue nombrado director del Instituto de Mecánica de la Academia de Ciencias, cargo que mantuvo hasta su fallecimiento.

En 1939, con la reorganización de la Universidad de Ingeniería Militar (VITU), fue nombrado director del Departamento de Mecánica Estructural y ascendido a teniente general de ingeniería, a pesar de no haber servido en el ejército. Durante la Segunda Guerra Mundial, dirigió la Comisión de Construcciones Defensivas de Leningrado y, tras ser evacuado a Moscú, trabajó en la Comisión de Ingeniería Militar de la Academia de Ciencias. En 1942 recibió el Premio Stalin por sus contribuciones.

Murió en Moscú el 12 de julio de 1945, poco después de la victoria soviética, y fue enterrado en el cementerio Volkovo de San Petersburgo.

El nombre de Galiorkin está ligado al método de Galerkin, uno de los pilares del análisis numérico moderno y del cálculo estructural. Sus investigaciones sobre entramados, placas, membranas y recubrimientos tuvieron un enorme impacto teórico y práctico, especialmente en presas hidroeléctricas, estructuras metálicas y en la consolidación de la ingeniería soviética.

Entre sus obras destacan:

  • Sterzhni i plastinki (Barras y placas, 1915)

  • Uprugie tonkie plity (Placas delgadas elásticas, 1933)

  • Sobranie sochinenii (Obras completas, 1952–1953)

En 1998, el asteroide (22611) Galerkin fue nombrado en su honor, consagrando el legado de uno de los ingenieros y matemáticos más influyentes del siglo XX.

La trayectoria de Borís Grigórievich Galerkin demuestra que la perseverancia y la pasión científica pueden superar las adversidades económicas y políticas. A lo largo de su vida, compaginó la enseñanza, la investigación y la práctica ingenieril, dejando una profunda huella en la ciencia y la técnica del siglo XX. El método de Galerkin y sus estudios sobre estructuras, placas y cáscaras elásticas no solo resolvieron problemas de su tiempo, sino que también sentaron las bases de los métodos numéricos que hoy en día utilizan ingenieros y científicos de todo el mundo. Su legado sigue vivo en cada cálculo estructural, simulación computacional y diseño que recurre a estas herramientas fundamentales.

En este audio podemos conocer más de su biografía.

Os paso un vídeo del método de Garlerkin.