Os dejo a continuación, en abierto, un estudio paramétrico que hemos realizado sobre pasarelas de hormigón postesado de sección en cajón. Espero que os sea de interés.
Referencia:
YEPES, V.; PÉREZ-LÓPEZ, E.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2018). Parametric study of concrete box-girder footbridges.Journal of Construction Engineering, Management & Innovation, 1(2):67-74. doi:10.31462/jcemi.2018.01067074
ABSTRACT:
This paper presents a study of the parametric variability of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. SAMO2 algorithm is used for the parametric study. This algorithm combines SA with a mutation operator, to find the economic solutions. A span-length parametric study analyzes the characteristics for the best design of a three-span deck in which the main span ranges from 30 to 60 m. The depth and the number of strands were adjusted according to span length, while the thickness of the slabs presented the same optimum values in all cases. Results show that the amount of steel and volume of concrete per square meter of deck shows a good correlation with the main span length. This study demonstrates that by increasing the main span length by one meter, the total cost per square meter of the deck increases by 6.38 euros on average. Thus, this paper shows the relationship between the span length and geometrical and steel variables to produce and build a cost-efficient pedestrian bridge.
Un revestimiento constituye una barrera que impide el paso y el acceso de los agentes agresivos exteriores en el hormigón. Se trata de capas finas, de unas micras hasta 3 mm de espesor, de diferentes productos, que pueden ser pinturas o micromorteros de diferentes composiciones químicas. Los agentes agresivos de los que el revestimiento debe realizar una protección son, entre otros, los siguientes:
El agua, por lo que el revestimiento debe ser impermeable
Líquidos agresivos, por lo que el revestimiento debe ser resistente químicamente
Cloruros y otros iones, que normalmente vienen disueltos en agua
Dióxido de carbono, por lo que el revestimiento debe ser una barrera a dicho gas
Se utilizan como revestimiento productos diferentes según el tipo de protección que se quiera realizar. Los productos más habituales son las resinas epoxi, las resinas de brea-epoxi, las emulsiones bituminosas, las pinturas acrílicas, las impregnaciones de siloxanos, los micromorteros de cementos y los micromorteros de epoxi-cemento.
Resinas epoxi
La resina epoxi constituye un revestimiento formado por dos componentes termoendurecibles. Son muy interesantes como revestimiento del hormigón porque presentan una gran adherencia, buenas resistencias mecánicas, magnífica resistencia química, elevada impermeabilidad a líquidos y gases y una buena resistencia a la abrasión y a los golpes. Las resinas epoxi puras presentan las mejores características, pero debido a la dificultad existente en su aplicación por la elevada viscosidad, se emulsionan con agua o se disuelven con disolventes orgánicos.
Resinas de brea-epoxi
La unión de la brea -que es un producto dúctil y elástico-, con la resina epoxi -que presenta una excesiva rigidez-, produce un revestimiento de mayor flexibilidad y menor coste que la resina epoxi, si bien con unas características menores en cuanto a la resistencia química y mecánica. Así y todo, resulta un producto adecuado para determinados usos.
Pinturas bituminosas
Las emulsiones bituminosas se componen de betún asfáltico, agua y un agente emulsionante. Son pinturas que se pueden aplicar a brocha, rodillo o proyección mecánica. Estos productos se caracterizan por su gran impermeabilidad al agua, su facilidad de aplicación y colocación, su buen comportamiento en contacto con el terreno y su bajo coste.
Pinturas acrílicas
Se trata de resinas acrílicas emulsionadas en agua o con disolventes orgánicos a fin de mejorar su fluidez y aplicabilidad. Se trata de unas pinturas que se suelen utilizar para evitar la carbonatación del hormigón. Entre sus características principales destaca su excelente impermeabilidad tanto al agua, al dióxido de carbono y a los cloruros, su buen aspecto estético y su permeabilidad al vapor de agua.
Impregnaciones a base de siloxanos
Son impregnaciones que, sin llegar a formar una película continua, se introducen en los poros del hormigón e impiden la entrada de las gotas de agua al cambiar su tensión superficial. Este carácter hidrófugo hacen a estas impregnaciones adecuadas para proteger al hormigón de los ataques por cloruros, pues éstos viajan disueltos en el agua.
Micromorteros de cemento
Son mezclas de cemento, arena fina y resinas sintéticas (normalmente acrílicas). Forman un revestimiento de 2-3 mm impermeables y con una buena resistencia a la abrasión. Dejan una superficie muy cerrada y adecuada para una posterior aplicación de otra pintura de revestimiento. Son adecuados estos revestimientos para hormigones que puedan estar sumergidos de forma no permanente, incluso en entornos donde ataquen los cloruros.
Micromorteros de epoxi-cemento
Son como los anteriores, pero sustituyendo las resinas acrílicas por resinas epoxi. En este caso, además de aditivo, las resinas epoxi actúan como ligante junto al cemento. Ello permite una gran impermeabilidad y resistencia mecánica, y unas resistencias químicas aceptables. Para un ataque químico medio suele bastar una capa de 2 mm. Además, también son recomendables en combinación con posteriores aplicaciones de pinturas de resinas epoxi.
Imagen del «Silver Bridge» tras el colapso (1967). Public Domain, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=2500886
En general, las necesidades de los trabajos de mantenimiento y conservación han ido creciendo en todos los países desarrollados con redes de infraestructuras importantes. En principio, estas labores estaban enfocadas desde el punto de vista de resolver problemas de la estructura ya deteriorada, mediante reparaciones y acciones puntuales, para pasar, actualmente, en los sistemas de gestión más desarrollados, a tratarse de labores preventivas que eviten llegar a la situación de degradación última de la estructura, en la cual se disparan los costes de adecuación.
Mapa conceptual sobre sistemas de gestión de puentes. Elaborado por V. Yepes
Os dejo a continuación la presentación de una clase sobre mantenimiento de puentes que impartí recientemente en la asignatura «Gestión del mantenimiento de infraestructuras», del Grado en Ingeniería Civil de la Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoración de las medidas preventivas consideradas en el proyecto a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormigón sometido a un ambiente costero, donde los clorhídricos suponen una agresión que supone un mantenimiento de la infraestructura. En el artículo se analizan 15 diseños diferentes y se comprueba que no siempre ejecutar un mantenimiento mínimo supone menores impactos ambientales. Además, los tratamientos superficiales y la adición de humo de sílice supone una reducción del 70% en los impactos.
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2018). Life cycle impact assessment of corrosion preventive designs applied to prestressed concrete bridge decks.Journal of Cleaner Production, 196:698-713. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.110
Abstract:
Chloride corrosion of reinforcing steel in concrete structures is a major issue in the construction sector due to economic and environmental reasons. Assuming different prevention strategies in aggressive marine environments results in extending the service life of the exposed structures, reducing the maintenance actions required throughout their operation stage. The aim of the present study is to analyze the environmental implications of several prevention strategies through a life cycle assessment using a prestressed bridge deck as a case study.
The environmental impacts of 15 prevention alternatives have been evaluated when applied to a real case of study, namely a bridge deck exposed to a chloride laden surrounding. The Eco-indicator 99 methodology has been adopted for the evaluation of the impacts. As some of the alternatives involve the use of by-products such as fly ash and silica fume, economic allocation has been assumed to evaluate their environmental impacts.
Results from the life cycle analysis show that the environmental impacts of the chloride exposed structure can be reduced significantly by considering specific preventive designs, such as adding silica fume to concrete, reducing its water to cement ratio or applying hydrophobic or sealant treatments to its surface. In such scenarios, the damage caused to the environment mainly due to maintenance operations and material consumption can be reduced up to a 30–40% of the life cycle impacts associated to a conventional design. The study shows how the application of life cycle assessment methodologies can be of interest to reduce the environmental impacts derived from the maintenance operations required by bridge decks subjected to aggressive chloride laden environments.
By MADe [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], from Wikimedia Commons
En posts anteriores ya hemos tratado el tema del dióxido de carbono y el hormigón, en especial cuando cuantificábamos la cantidad de CO₂ que se emite a la atmósfera con la fabricación del hormigón o bien cuando tratábamos sobre la durabilidad del hormigón. En este artículo vamos a realizar un pequeño análisis de las investigaciones relacionadas con la carbonatación del hormigón a lo largo del ciclo de vida de una estructura (Yepes, 2017).
Son pocos los estudios sobre el ciclo de vida de estructuras de hormigón que consideran la carbonatación. Si se ignora la absorción de CO₂, se pueden sobrestimar las emisiones en un 13-48%, dependiendo del tipo de cemento y la aplicación del hormigón reciclado durante la vida secundaria (Collins, 2010). Este proceso de carbonatación se denomina muchas veces recarbonatación, puesto que el producto final es el carbonato cálcico, que es químicamente el mismo componente que se utilizó como ingrediente primario para la fabricación del cemento. La carbonatación del hormigón se puede evaluar mediante modelos teóricos (Papadakis et al., 1991), modelos experimentales (Jiang et al., 2000) y modelos basados en la teoría de la difusión y en pruebas reales (Houst y Wittmann, 2002).
El coeficiente de carbonatación del hormigón depende de la porosidad y de la permeabilidad del recubrimiento de las armaduras, así como de las condiciones ambientales a las que esté expuesto (Bertolini et al., 2004). Cuando reducimos la relación agua/cemento, dificultamos la difusión de CO₂ en el hormigón. El hecho de que la velocidad de carbonatación sea mayor en hormigones protegidos de la intemperie se debe al bloqueo parcial de los poros por efecto de la lluvia en el exterior no protegido.
Oxidación de las armaduras como limitante de la durabilidad del hormigón armado
Si se comparan ambas condiciones se obtienen grandes diferencias, mostrándose la gran influencia que tiene la humedad en la carbonatación (Galán et al., 2010). La cantidad necesaria de CO₂ para bajar el pH hasta rangos casi neutros, en los que las armaduras dejan de estar protegidas, variará en función de la reserva alcalina que el cemento aporte al hormigón, la cual depende tanto del tipo como de la cantidad de cemento utilizado (Ho and Lewis, 1987; Kobayashi y Uno, 1989). Zornoza et al. (2009) señalaron que la capacidad del hormigón para fijar CO₂ es proporcional a la alcalinidad de la pasta de cemento. Otro factor muy importante es el recubrimiento del acero, pues cuanto mayor sea, más tiempo tardará el CO₂ en deteriorar la protección alcalina frente a la corrosión del acero. La EHE-08 (Fomento, 2008) calcula el coeficiente de carbonatación en función de la exposición a la lluvia, el aire ocluido, la resistencia del hormigón y el uso de adiciones.
Leber y Blakey (1956) estimaron los efectos de la carbonatación, suponiendo que todo el CO₂ absorbido reacciona con la cal para formar carbonato cálcico en morteros y en hormigón. La carbonatación del hormigón capta CO₂ y compensa las emisiones de otras etapas del ciclo de vida. El tipo de cemento y el uso de hormigón reciclado influyen significativamente en la captura de CO₂ (Collins, 2010). Flower y Sanjayan (2007) encontraron que la escoria de alto horno y la ceniza volante podrían reducir, respectivamente, las emisiones de CO₂ del hormigón en un 22% y entre un 13% y un 15% en mezclas de hormigón habituales.
Pade y Guimaraes (2007), Collins (2010) y Dodoo et al. (2009) consideraron los modelos predictivos de la primera ley de difusión de Fick para estimar la captura de CO₂. Esta captura depende del coeficiente de carbonatación, del tiempo, de la cantidad de cemento Portland por metro cúbico de hormigón, de la cantidad de contenido de CaO en el cemento Portland, de la proporción de CaO que puede ser carbonatada y de la superficie expuesta. Pade y Guimaraes (2007) analizaron la cantidad de hormigón que se recicla para uso secundario según el país y concluyeron que la trituración del hormigón tras su vida útil incrementa significativamente la carbonatación gracias a la mayor superficie expuesta. Aproximadamente dos tercios de las emisiones producidas en la calcinación para fabricar cemento se pueden capturar si se deja el hormigón triturado expuesto durante 30 años tras la finalización de su vida útil (Dodoo et al., 2009). De hecho, un 70% del CO₂ liberado en la producción de cemento se recapturaría por el hormigón endurecido en 100 años (Börjesson y Gustavsson, 2000).
La durabilidad del hormigón armado puede disminuirse significativamente por los procesos de degradación de origen ambiental o funcional (Angst et al., 2009; Guzmán et al., 2011). En consecuencia, la reducción de la vida útil provoca una mayor cantidad de emisiones anuales. Además, contemplar la durabilidad también es fundamental en un buen diseño conceptual, en la gestión de calidad en la construcción y en un buen plan de mantenimiento. Así, Aïtcin (2000) señaló la importancia de considerar no solo el coste de 1 m3 de hormigón, sino el coste de 1 MPa o 1 año del ciclo de vida de una estructura. La carbonatación puede ayudar a reducir las emisiones totales de CO₂ asociadas a la producción de hormigón. Sin embargo, este fenómeno hace perder la capa protectora alcalina que protege de la corrosión y, por tanto, determina la durabiliad de la estructura.
García-Segura et al. (2014) estudiaron el ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero del hormigón elaborado con cemento con adiciones. Se evaluó la carbonatación durante la vida útil y tras la demolición, considerando que el óxido de calcio que no carbonate durante la etapa de uso lo puede hacer después de la demolición. Encontraron que la carbonatación durante la etapa de uso disminuye las emisiones totales en un 22% respecto a los hormigones con cemento Portland. Además, y esto es muy importante, el hormigón reciclado triturado y expuesto a la atmósfera garantiza una carbonatación completa y una enorme reducción de las emisiones de CO₂.
Referencias:
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By retocada por Yeza de la versión original de Alonsoquijano [Public domain], from Wikimedia Commons
Actualmente existe una tendencia clara hacia la evaluación de los impactos en todas las etapas del ciclo de vida de un producto. Esta tendencia ha llegado a los proyectos de estructuras, donde la evaluación de las repercusiones sociales, ambientales y económicas de las distintas alternativas no deriva en una decisión clara y unívoca de la mejor solución, sobre todo cuando los objetivos que se pretenden se encuentran enfrentados entre sí (Jato-Espino et al., 2014; Penadés-Plà et al., 2016; Zamarrón-Mieza et al., 2017; Sierra et al., 2018). El problema de seleccionar la mejor opción en el ámbito del proyecto de puentes ha supuesto una línea de investigación que se ha desarrollado enormemente en las últimas décadas. Balali et al. (2014) expusieron que los problemas relacionados con la toma de decisiones a lo largo del ciclo de vida de un puente se pueden enmarcar dentro de las siguientes fases: (a) proyecto, (b) construcción, y (c) uso y mantenimiento. Estas fases son las que se consideran habitualmente por otros autores (Malekly et al, 2010), que además añaden una última fase en el ciclo de vida de un puente: (d) reciclado o demolición.
Así pues, el proyecto de puentes se caracteriza por la presencia de múltiples objetivos de diseño -muchos contradictorios entre sí-, y la selección de la mejor opción entre distintas alternativas. La calidad, la constructibilidad, la seguridad, el impacto ambiental y el coste son los aspectos que normalmente se consideran en el diseño y la planificación de las operaciones de mantenimiento de un puente. La optimización multiobjetivo (Multi-Objective Optimization, MOO) resulta una herramienta útil cuando varios objetivos desean optimizarse simultáneamente. MOO proporciona un conjunto de soluciones eficaces, constituyendo la denominada frontera de Pareto. Las soluciones que forman parte de la frontera de Pareto no pueden mejorarse sin que empeore cualquier otra solución de dicho conjunto. Koumousis y Arsenis (1998) utilizaron MOO para el diseño de estructuras de hormigón. Liao et al (2011) revisaron los estudios que utilizaron metaheurísticas para problemas relacionados con el ciclo de vida de un proyecto de construcción. Por su parte, Zavala et al. (2013) estudiaron las metaheurísticas utilizadas en la optimización multiobjetivo de las estructuras.
Se pueden reseñar varios estudios que han utilizado la optimización multiobjetivo para comparar el diseño de estructuras de hormigón armado (Reinforced Concrete, RC) atendiendo a la reducción de las emisiones de gases de efecto invernadero y la reducción de costes (Martínez-Martín et al., 2012; García-Segura et al., 2014, 2016; Yepes et al, 2015). Payá et al. (2008) optimizaron pórticos de edificación de RC utilizando como función objetivo la constructibilidad, los costes económicos, el impacto ambiental y la seguridad general de la estructura. Martínez-Martín et al. (2012) optimizaron las pilas RC de un puente considerando como funciones objetivo el coste económico, la congestión de las armaduras pasivas y las emisiones de CO2. Yepes et al. (2015) incorporaron como función objetivo la vida útil en el diseño de una viga de sección en I confeccionada con hormigón de alta resistencia. García-Segura et al. (2014) incluyeron, además, un factor que evalúa la seguridad global en esa misma estructura.
A pesar de que los diseños deben garantizar cierta durabilidad, esta función objetivo suele utilizarse más en el ámbito de la gestión del mantenimiento de infraestructuras ya existentes. Así, Liu y Frangopol (2005) emplearon la optimización multiobjetivo en puentes deteriorados atendiendo a su estado, a los niveles de seguridad y al coste de mantenimiento de la estructura a lo largo del ciclo de vida. Sabatino et al. (2015) optimizaron las operaciones de mantenimiento de la estructura a lo largo de su ciclo de vida bajo los objetivos simultáneos de reducción del coste de mantenimiento y la utilidad mínima anual asociada con un indicador relacionado con la sostenibilidad. Torres-Machi et al. (2015) optimizaron la gestión sostenible de un pavimento considerando simultáneamente aspectos económicos, técnicos y ambientales.
Otro aspecto de interés en el ámbito de la investigación son los procedimientos que permiten seleccionar una solución de un conjunto de opciones posibles atendiendo a múltiples criterios. Las técnicas de toma de decisiones proporcionan un procedimiento racional a las decisiones basadas en cierta información, experiencia y juicio. Estas técnicas pueden clasificarse de acuerdo con la forma en la que el decisor articula sus preferencias. En un proceso “a priori”, los expertos asignan los pesos de cada criterio en la etapa inicial. El proceso “a posteriori” no requiere una definición previa de las preferencias. Por ejemplo, la optimización multiobjetivo genera una gama de soluciones óptimas, que se consideran igualmente buenas –frontera de Pareto-. En este caso, la toma de decisiones tiene lugar “a posteriori”. Este enfoque permite el análisis de las mejores soluciones según cada objetivo, lo cual proporciona información sobre la relación entre los objetivos y las soluciones. Jato-Espino et al. (2014) presentaron una revisión del desarrollo de los métodos de decisión multicriterio aplicados a la construcción. Existen numerosas técnicas de toma de decisiones multicriterio. TOPSIS (Technique for Order of Preference by Similarity to Ideal Solution), VIKOR (Multi-criteria Optimization and Compromise Solution), MAUT (Multi-Attribute Utility Theory), AHP (Analytical Hierarchy Process), ANP (Analytical Network Process), PROMETHEE (Preference Ranking Organization Method for Enrichment Evaluations), DEA (Data Envelopment Analysis), COPRAS (Complex Proportional Assessment) o QFD (Quality Function Deployment), son, entre otras, las más extensamente utilizadas.
Abu Dabous y Alkass (2010) presentaron una estructura jerárquica para la toma de decisiones en la gestión de puentes basados en MAUT y AHP. Sabatino et al. (2015) recurrieron a la teoría de utilidad de múltiples atributos para evaluar diversos aspectos de la sostenibilidad estructural considerando los riesgos asociados a los fallos en el puente y las actitudes frente al riesgo de los decisores. Ardeshir et al. (2014) emplearon un AHP difuso para seleccionar la ubicación para la construcción de un puente. Aghdaie et al. (2012) emplearon AHP y COPRAS para calcular la importancia relativa de los criterios y clasificar las alternativas en la selección de ubicaciones para construir nuevas pasarelas. Balali et al. (2014) seleccionaron el material, el procedimiento constructivo y la tipología estructural de un puente mediante la técnica PROMETHEE. Tanto VIKOR (Opricovic, 1998) como TOPSIS (Hwang y Yoon, 1981) son métodos que seleccionan soluciones basadas en la distancia más corta a la solución ideal. Opricovic y Tzeng (2004) compararon VIKTOR y TOPSIS y mostraron que presentan algunas diferencias en relación con la función de agregación y los efectos de normalización. La técnica difusa (fuzzy) (Zadeh, 1965) es una técnica útil para representar la incertidumbre inherente en la vida real. Joshi et al. (2004) evaluaron un conjunto de criterios para seleccionar la cimentacion más adecuada mediante fuzzy. AHP se combina con fuzzy (Jakiel y Fabianowski, 2015, Wang et al., 2001) para seleccionar entre distintas tipologías de puentes RC y alternativas de plataforma offshore, respectivamente. Abu Dabous y Alkass (2010) indicaron la dificultad en establecer la importancia relativa entre dos elementos con planteamientos deterministas, debido a la incertidumbre inherente al comportamiento de los diferentes elementos.
Se han propuesto muchos métodos para reducir el conjunto de soluciones procedentes de la frontera de Pareto (Hancock y Mattson, 2013). El método de la región de “rodilla» (Rachmawati y Srinivasan, 2009) constituye un método “a posteriori” que distingue los puntos para los cuales una mejora en un objetivo da lugar a un empeoramiento significativo de al menos otro objetivo. Una región de “rodilla” en el frente óptimo de Pareto, visualmente es una protuberancia convexa en la parte delantera, la cual es importante para la toma de decisiones en contextos prácticos, pues a menudo constituye el óptimo en equilibrio. Los métodos de agrupación se centran en ensamblar soluciones en grupos y seleccionar soluciones representativas (Saha y Bandyopadhyay, 2009). Los métodos de filtrado eliminan las soluciones de Pareto que ofrecen poca información al decisor (Mattson et al., 2004). Yepes et al. (2015a) propusieron un procedimiento sistemático “a posteriori” para filtrar la frontera de Pareto, a la vez que proporcionaba conocimiento relevante derivado del proceso de resolución. Esta técnica simplifica la elección de la solución preferente. Para ello se combinan matrices AHP aleatorias con la minimización de la distancia para seleccionar la solución más cercana a la ideal.
Se puede consultar una revisión bibliográfica reciente sobre la aplicación de las herramientas de decisión multicriterio al ciclo de vida de los puentes en el trabajo de Penadés-Plà et al. (2016). En este trabajo se comprueba cómo no existe una métrica universalmente aceptada para medir la diversidad de objetivos de todo tipo que se utilizan en la selección de la mejor opción de proyecto de un puente para un caso determinado. Para ello se analizaron un total de 77 artículos publicados desde 1991. El estudio aplicó un análisis multivariante de correspondencias (ver Figura). De este modo, se recogen los métodos de decisión multicriterio que debe aplicar el ingeniero para la selección de alternativas según la fase del ciclo de vida del puente, así como los criterios que se han considerado en dichos trabajos. La relación más obvia se ha identificado entre la lógica difusa y la fase de uso y mantenimiento. También se observa que el método AHP es ampliamente usado en las tres primeras fases del ciclo de vida de un puente. Finalmente la fase de demolición o reciclado es la menos estudiada, asociándose principalmente al método ANP.
Figura. Análisis de correspondencias entre la toma de decisiones y el ciclo de vida (Penadés-Plà et al., 2016)
Referencias:
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Acaban de publicarnos un artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoración del impacto social a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormigón sometido a un ambiente costero, donde los clorhídricos suponen una agresión que supone un mantenimiento de la infraestructura.
En el trabajo se analizan 15 alternativas diferentes durante el mantenimiento en relación con los impactos sociales. Los resultados indican que el uso de acero inoxidable en las armaduras y la adición de humo de sílice son preferibles a otras alternativas convencionales. Os dejo a continuación el resumen y las conclusiones.
Referencia:
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Social life cycle assessment of concrete bridge decks exposed to aggressive environments.Environmental Impact Assessment Review, 72:50-63. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2018.05.003
Abstract:
Sustainable design of structures includes environmental and economic aspects; social aspects throughout the life cycle of the structure, however, are not always adequately assessed. This study evaluates the social contribution of a concrete bridge deck. The social performance of the different design alternatives is estimated taking into account the impacts derived from both the construction and the maintenance phases of the infrastructure under conditions of uncertainty. Uncertain inputs related to social context are treated through Beta-PERT distributions. Maintenance needs for the different materials are estimated by means of a reliability based durability evaluation. Results show that social impacts resulting from the service life of bridges are not to be neglected in sustainability assessments of such structures. Designs that minimize maintenance operations throughout the service life, such as using stainless steel rebars or silica fume containing concretes, are socially preferable to conventional designs. The results can complement economic and environmental sustainability assessments of bridge structures.
Keywords:
Social life cycle assessment; Chloride corrosion; Preventive measures; Guidelines; Concrete bridge; Sustainable design
Highlights:
Social Life Cycle Assessment of different design strategies for bridge decks in marine environments.
15 design alternatives were studied and compared according to the Guidelines methodology.
Less maintenance results in better social performance.
Impacts during maintenance phase are main contributors to social performance
Stainless steel and the addition of silica fume are socially preferable to conventional designs.
Puente Fernando Reig, antes de la remodelación. By RafaMiralles (http://taxialcoy.net) [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], vía Wikimedia Commons
Todos los creadores tienen derecho a que se reconozca su obra y a que esta perdure con la idea con la que fue concebida. Este es un aspecto con múltiples facetas, pues se podría discutir sobre los derechos de imagen y de marca, los derechos morales del autor, el plagio, la autoría propia o compartida por un equipo, etc. Pero a mí me interesa, en este momento, hablar del derecho a la integridad de una obra. No pretendo un análisis jurídico, sino simplemente reflexionar sobre este tema en el caso del puente Fernando Reig en Alcoy (Alicante). Mi interés es múltiple, no solo por ser alcoyano, ingeniero de caminos y catedrático de ingeniería de la construcción, sino también porque debería abrirse un fuerte debate sobre este tema.
Contextualicemos el problema: en abril de 1987, un flamante puente atirantado, el viaducto atirantado con mayor luz del mundo construido mediante tablero prefabricado, se inauguraba por el entonces ministro de Obras Públicas Javier Sáinz de Cosculluela. El proyecto lo suscribieron los ingenieros de caminos José Antonio Fernández Ordóñez, Julio Martínez Calzón, Manuel Burón Maestro y Ángel Ortiz Bonet. La estructura la realizó Dragados y Construcciones, S.A., según proyecto y dirección de obra de IDEAM, S.A. consultora de PACADAR, especializada en hormigones prefabricados y poseedora de la patente Freyssinet para hormigones pretensados. El puente fue el atirantado de mayor luz construido en ese momento con elementos prefabricados. En aquel año, el que suscribe estaba a punto de terminar su carrera de ingeniería de caminos y un puente como este en su pueblo natal era un auténtico acontecimiento. Desgraciadamente, la rotura de uno de los tirantes en 2016 provocó el cierre del puente. En el verano de 2017 comenzaron los trabajos de destensado, desmontaje y sustitución de los tirantes existentes, después de la rotura de uno de los tirantes. Tras 20 meses de obras, el ministro Íñigo de la Serna presidió la nueva inauguración del puente, cuyo coste de reparación ronda los 12 millones de euros. Independientemente del debate, necesario y profundo, respecto a la durabilidad de las infraestructuras actuales y de su mantenimiento, lo que ahora me interesa es hablar del concepto que inspiró el puente y si se ha respetado su espíritu.
Quisiera, por tanto, traer a colación y de forma textual lo que José Antonio Fernández Ordóñez (1933-2000), uno de los autores del proyecto, comentaba acerca de su obra (recogido por José Ramón Navarro Vera, 2009):
«El efecto estético conseguido en este puente es- en términos kantianos- sublime. La pila surge desde lo profundo del barranco como el único gran elemento vertical de la obra y, por tanto, entroncando simbólicamente -como principio organizador- con toda la tradición constructiva desde los menhires prehistóricos y obeliscos egipcios hasta nuestro siglo. La pila se prolonga hacia lo alto en un gran arco triunfal con un sentido simbólico idéntico al de su viejo y grandioso antepasado romano del puente de Alcántara, donde asimismo un gran arco triunfal corona y remata la alta pila central, lo que puede considerarse heterodoxo desde el punto de vista estético al disponer vanos pares«. (J.A. Fernández Ordóñez, 1988)
Este primer párrafo que saqué a colación demuestra claramente que este puente fue concebido con una idea clara de lo que se quería. No valía cualquier puente. Tenía que ser uno muy particular, capaz de competir con el catálogo de puentes incomparables que la ciudad de Alcoy tenía hasta entonces: el puente de María Cristina, el viaducto de Canalejas o el puente de San Jorge. Este puente no tenía una luz que hiciera necesaria la tipología de puente atirantado, pues, funcionalmente, se podría haber resuelto con un simple puente de viga, mucho más económico. Por tanto, el objetivo no era simplemente construir un puente, sino construir “el puente” capaz de enriquecer el patrimonio monumental urbano de la ciudad. Pero sigamos con el siguiente párrafo:
«Sobre la gran pila (línea del movimiento ascendente) se asienta el tablero prácticamente horizontal (línea de reposo). Ambas líneas se combinan con la máxima pureza respetando el principio sagrado de eje y simetría que organiza el conjunto. El color diferenciado del hormigón de la pila (rosa idéntico al de las rocas de las montañas adyacentes) y el hormigón del tablero (gris muy claro del hormigón) también contribuye a una mejor lectura del doble deseo simbólico de ambas líneas: la vertical, vínculo con el cosmos, y la horizontal, línea de reposo y de unión con la tierra, quedando ambos vínculos unidos, como la propia esencia del hombre, por el conjunto de familias de cables tensos que simbolizan la imposible utopía de querer ascender hacia lo alto al mismo tiempo que se avanza hacia adelante unido a la tierra. Con esta solución la ciudad de Alcoy completa la magnífica colección de puentes de que dispone». (J.A. Fernández Ordóñez, 1988)
Poesía pura. Seguro que más de un alcoyano, tras leer este párrafo, contempla este puente de otra forma. Nada falta, nada sobra.
En la Memoria del Proyecto del puente se hace una mención especial al pilono principal, un pórtico de hormigón armado formado por dos fustes rectangulares, ligeramente inclinados en la sección transversal, con un travesaño superior y otro intermedio, ubicado por debajo del tablero. La pila tiene una altura aproximada de 90 m y su punto superior está 50 m por encima de la rasante del tablero. Tal y como se dice en dicha memoria: “La pila central es el elemento fundamental del puente y, sin ella, todo el concepto estructural y estético perdería su sentido”. El material de la pila está cuidadosamente descrito para alcanzar su objetivo: un hormigón especial formado por cemento Portland gris muy claro, áridos y arenas rojas, y posteriormente tratado al chorro de arena. Con ello se consigue un color rosa, como ya ha comentado su autor, muy parecido al de la piedra de sillería del cercano puente de María Cristina, lo cual añade aún más singularidad a lo que ya son las enormes dimensiones y la potente forma de la pila. Además, se eligió pintar en gris la parte inferior de los tirantes hasta la altura de la barandilla para no distorsionar la línea horizontal del tablero.
¿Por qué entonces destrozamos la idea, la transformamos y la empeoramos? ¿Qué derecho tenemos a quebrar el lenguaje visual que, con tal alto contenido conceptual, el autor quería transmitirnos a través de su obra?
Tras la renovación, el puente luce “prácticamente nuevo”, con una capa de pintura blanca en pilas, tirantes y tablero que desgarra la idea y la concepción estética buscadas por su autor. Se podrán alegar razones técnicas, de durabilidad u de cualquier otro tipo. Pero estoy convencido de que se podría haber respetado la obra tal como la concibió su creador. No me atrevo, ni quiero, poner la imagen del renovado puente, de un blanco nuclear que hiere la vista. Quien quiera verlo, que lo busque en internet.
Acabo con una cita que el propio José Antonio Fernández Ordóñez señalaba al inicio de su artículo:
“El hecho artístico no debe juzgarse ni defenderse: solamente comprenderse”
(Julius Schlosser)
Referencias:
Navarro Vera, J.R. (editor) (2009). Pensar la ingeniería. Antología de textos de José Antonio Fernández Ordóñez. Colección ciencias, humanidades e ingeniería. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Este es un curso básico de construcción de obras civiles y de edificación con encofrados y cimbras organizado y avalado por la Universitat Politècnica de València. Es un curso que no requiere conocimientos especiales y está diseñado para que sea útil a un amplio abanico de profesionales con o sin experiencia, estudiantes de cualquier rama de la construcción, ya sea universitaria o de formación profesional. Además, el aprendizaje se ha escalonado de modo que el estudiante puede profundizar en aquellos aspectos que más les sea de interés mediante documentación complementaria y enlaces de internet a vídeos, catálogos, etc.
En este curso aprenderás las distintas tipologías y aplicabilidad de los encofrados y las cimbras utilizados en obras de ingeniería civil, de edificación y en la industria del prefabricado. Se índice especialmente en la comprensión del empuje del hormigón fresco sobre los encofrados, en los aspectos relacionados con la seguridad en los trabajos de cimbrado, descimbrado, encofrado y desencofrado. Se estudia con detalle el cimbrado y descimbrado de plantas sucesivas en edificación y se abordan los encofrados y cimbras empleados en puentes, túneles, estructuras en altura, edificios, entre otros: encofrados telescópicos, trepantes, deslizantes, encofrados túnel, cimbras autolanzables, cimbras autoportantes, etc.
El contenido del curso está organizado en 4 módulos, cada uno con 4 secuencias de aprendizaje que permiten, con una dedicación menor a una hora diaria, aprender los aspectos básicos de los encofrados y las cimbras. Cada semana se trabaja un módulo, teniendo el curso una duración estimada de un mes.
Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:
Comprender la utilidad y las limitaciones de las estructuras auxiliares (encofrados y cimbras) en la construcción de obras civiles y de edificación
Evaluar y seleccionar el mejor tipo de encofrado y cimbra necesario para una construcción en unas condiciones determinadas, considerando la economía y la seguridad
By Sensenschmied – Own work, CC BY 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=18911631
Programa del curso
¿Qué hacer antes de empezar a construir una estructura de hormigón?
Oficios perdidos en la historia actual de España: el encofrador
¿Qué son y para qué sirven los encofrados?
Elementos auxiliares y funcionalidad de los encofrados
Clasificación de los sistemas de encofrado
Medidas de seguridad durante el desencofrado
Empuje del hormigón fresco sobre un encofrado
Métodos de cálculo del empuje del hormigón fresco
Encofrado prefabricado para pilares
Construcción de un forjado reticular
Mesas encofrantes o sistemas pre-montados
Construcción mediante encofrados túnel
Moldes para hormigón prefabricado
Mesas basculantes para la fabricación de paneles prefabricados
Encofrados trepantes
Encofrados deslizantes
Carros de encofrado para túnel
Carros de encofrado para construcción de puentes por avance sucesivo
Clases de diseño de cimbras según la norma UNE-EN 12812
Cimbrado, recimbrado, clareado y descimbrado de plantas consecutivas
Precauciones específicas relativas al montaje y desmontaje de cimbras y encofrados
Cimbras y encofrados hinchables
Componentes de una cimbra montada con elementos prefabricados
Precauciones para el montaje de la cimbra de un puente
Cimentación de la cimbra de un puente losa
Cimbras cuajadas en la construcción de puentes
Cimbras porticadas en la construcción de puentes
Definición de cimbra autolanzable
Clasificación de las cimbras autolanzables
Cimbra autolanzable frente a otros procedimientos constructivos
Parámetros para seleccionar una cimbra autolanzable
Elementos de una cimbra autolanzable
Construcción de puentes mediante autocimbra bajo tablero
Construcción de puentes mediante cimbra autolanzable sobre tablero
Construcción de puentes mediante lanzador de vigas
Construcción de puentes por dovelas mediante cimbras autoportantes
Construcción de puentes arco con armaduras rígidas (autocimbras)
Catedrático de Universidad. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Universitat Politècnica de València
Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Consejero del Sector Docencia e Investigación del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social de la UPV. Es investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE). Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production (primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en la que analizamos una de las construcciones más habituales en la ingeniería civil, como son las estructuras de contención de tierras.
Se ha realizado para ello un análisis de ciclo de vida completo de cuatro tipos de muros: muros de hormigón armado, de hormigón en masa, de gaviones y de escollera. Además se ha realizado un estudio paramétrico para averiguar hasta qué altura de tierras es mejor una u otra tipología. Las conclusiones obtenidas no son evidentes a priori. Podéis verlas en el resumen que os paso a continuación.
Referencia:
PONS, J.J.; PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Life cycle assessment of earth-retaining walls: An environmental comparison.Journal of Cleaner Production, 192:411-420. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.04.268
Abstract:
Earth-retaining walls are one of the most common structures in civil engineering, a discipline of the construction sector known to produce one of the highest environmental impacts. Therefore, developing cleaner design and construction practices could contribute to a more sustainable future for our planet. To make a step towards this goal, this study comprises the life cycle assessment (LCA) of the four most common earth-retaining walls built between 1 to 6 m of height: cantilever walls, gravity walls, masonry walls and gabion walls to obtain the best solutions for the environment. To assess the environmental impacts caused throughout their whole life-cycle including the production, construction, use and end of life phases, we used the OpenLCA software, the ecoinvent 3.3 database and the ReCiPe (H) method. The associated uncertainties have been considered and the results are provided in both midpoint and endpoint approaches. Our findings show that gabion and masonry walls produce the lowest global impact. On the one hand, gabion walls cause less damage to human health but on the other hand, masonry walls cause less damage to the ecosystems. Furthermore, gravity walls produce similar impacts to gabion and masonry walls between 1 and 3 m of height as well as fewer impacts than cantilever walls for a height of 4 m. In conclusion, gabion and masonry walls are preferable to concrete walls for heights between 1 and 6 m and cantilever walls should be used over gravity walls for greater heights than 4.5 m.
Keywords:
Life cycle assessment; Sustainability; Earth-retaining wall; ReCiPe
Highlights:
Four earth-retaining walls are compared to obtain the best environmental solution.
The OpenLCA software, the Ecoinvent 3.3 database and the ReCiPe (H) method are used.
Gabion walls cause less damage to human health than masonry walls.
Masonry walls cause less damage to the ecosystems than gabion walls.
Mass concrete walls are cleaner than reinforced ones until 4.5 m of height.
Os dejo a continuación, en abierto, un estudio paramétrico que hemos realizado sobre pasarelas de hormigón postesado de sección en cajón. Espero que os sea de interés.
