A continuación os dejo una ponencia presentada por el catedrático de la UPC Antonio Marí dentro de la Jornada de Recerca i Innovació celebrada en Barcelona el 15 y 16 de noviembre de 2011. Los autores de la ponencia son, además, Jesús M. Bairán, Eva Oller y Noemí Duarte.
Se trata de una ponencia sobre investigación e innovación en puentes y torres prefabricadas de hormigón pretensado. Espero que os guste.
A veces la Naturaleza nos sorprende cada día más. ¿Es posible que el comportamiento de las hormigas nos ayude a optimizar estructuras complejas, como, por ejemplo, un puente? Pues vamos a ver que sí. Este artículo es una continuación de otros artículos en los que hablamos de la posibilidad de optimizar estructuras de hormigón. La optimización por colonia de hormigas (ant colony optimization) será una metaheurística que nos permitirá realizar este tipo de operaciones. A continuación vamos a contar los fundamentos básicos y en las referencias os dejo, incluso, algunos artículos donde hemos podido utilizar esta técnica de forma exitosa.
Colorni, Dorigo y Maniezzo (1991) sugirieron la idea de imitar el comportamiento de los insectos para encontrar soluciones a los problemas de optimización combinatoria. El principio de la metaheurística denominada “Ant System Optimization, ACO” se basa en el comportamiento colectivo de las hormigas en la búsqueda de alimentos para su subsistencia, capaces de encontrar el camino más corto entre una fuente de comida y su hormiguero.
Primero, las hormigas exploran el entorno de su hormiguero de forma aleatoria. Tan pronto como un individuo encuentra una fuente de comida, evalúa su cantidad y calidad y transporta un poco al hormiguero. Durante el regreso, la hormiga deja por el camino una señal odorífera, depositando una sustancia denominada feromona, para que las demás hormigas puedan seguirla. Después de un tiempo, el camino hacia el alimento se indicará por un rastro oloroso que crece con el número de hormigas que lo recorren y desaparece en caso contrario. El resultado final es la optimización del trabajo de todo el hormiguero en su búsqueda de comida.
En la Figura se muestra cómo las hormigas encuentran el camino más corto. En a) las hormigas deben decidir un camino; en b) se toma uno al azar; en c) dado que la velocidad de una hormiga se considera aproximadamente constante, las que llegan antes vuelven eligiendo el camino con mayor acumulación de feromona. En d), se circula por el camino más corto, desapareciendo por evaporación el rastro en el más largo.
La analogía con una metaheurística de optimización puede establecerse de la siguiente forma:
Un esquema básico de la metaheurística sería el siguiente:
El componente más importante de un sistema de hormigas es la gestión de las huellas olfativas. En su versión estándar, los rastros se usan en relación con la función objetivo para construir nuevas soluciones. Una vez se ha construido, éstos se actualizan de la siguiente forma: primero todos los rastros se debilitan para simular la evaporación del feronoma; después aquellos que corresponden a los elementos que se han empleado para la construcción, se refuerzan teniendo en cuenta la calidad de la solución.
El siguiente vídeo puede ayudaros a comprender el comportamiento de las hormigas. Espero que os guste.
Referencias:
COLORNI, A.; DORIGO, M.; MANIEZZO, V. (1991). Distributed optimization by ant colonies, in VARELA, F.J.; BOURGINE, P. (eds.) Proceedings of the First European Conference on Artificial Life (ECAL-91). The MIT Press: Cambrige, MA, 134-142.
MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; ALCALÁ, J. (2011). Design of tall bridge piers by ant colony optimization. Engineering Structures, 33:2320-2329.
MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2010). Heuristic Optimization of RC Bridge Piers with Rectangular Hollow Sections. Computers & Structures, 88: 375-386. ISSN: 0045-7949. (link)
YEPES, V. (2003). Apuntes de optimización heurística en ingeniería. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2003.249. Valencia, 266 pp. Depósito legal: V-2720-2003.
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UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (y IV)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Próximos retos de la industria del prefabricado de hormigón
La propia industria reconoce que no sólo tiene una responsabilidad para mejorar su comportamiento por la creciente demanda de soluciones sostenibles, sino que parte de su competitividad futura crecerá si es capaz de sacar provecho del potencial inherente que tiene el propio concepto de construcción industrializada con elementos prefabricados de hormigón, tal y como hemos ido destacando anteriormente, algo que cada vez es más apreciado por proyectistas e ingenieros, promotores, empresas constructoras, compañías aseguradoras y en general, los usuarios finales (que al fin y al cabo, acabamos siendo todos).
Una de las aparentes desventajas de los productos de hormigón es su contenido en cemento, y más en particular la cantidad de Clinker incorporada, causante de una parte importante de las emisiones globales de CO2. De esta forma, las industrias cementeras y del prefabricado deben invertir enormes esfuerzos en optimizar el uso del cemento, mejorando la hidratación del mismo y ajustando la proporción del mismo para reducir el CO2 embebido. El uso de adiciones como las escorias granuladas de altos hornos, las cenizas volantes y el humo de sílice está en pleno crecimiento, lo que supone una reducción de las emisiones de CO2 que conllevan con respecto al cemento Portland [9].
La sostenibilidad en las plantas de prefabricados se traslada a la eficiencia de los recursos, mediante la reducción de residuos o a través de la certificación bajo normas como la ISO 14001 y EMAS. Las nuevas fábricas suelen incorporar grandes sistemas de reciclado para la reutilización del agua sobrante del proceso productivo, o cualquier otro material de desecho. Nada de esto sería posible sin la aportación de una capacitación humana de gran desempeño y que se implique para el éxito de la empresa en este enfoque sostenible, que en muchos casos acaban siendo el motor de la introducción de nuevas técnicas de ahorro de energía, iniciativas de reciclaje e incluso programas con la comunidad local.
Debe destacarse por encima de todas el plan estratégico “Precast Sustainability Strategy and Charter” de la Asociación Británica de Prefabricados de Hormigón [10]. Firmado por primera vez en 2007 por 17 empresas, está incluido ya hoy dentro del programa de acción “Raising the Bar” y al que todas las compañías asociadas están comprometidas a cumplir. Este plan anima a dichas empresas a ir más allá de lo que exige la legislación vigente, de tal forma que lleven a cabo acciones voluntarias que permitan una mayor sostenibilidad en los productos y operaciones que realizan. Para cumplir estos retos, se han desarrollado un conjunto de principios sostenibles adaptados a la dinámica propia de la industria. El primer periodo se enmarcó entre 2008 y 2012, en el que 12 de los 14 objetivos fueron alcanzados. En 2013, el Consejo Británico del Prefabricado aprobó una nueva batería de medidas a cumplir en el año 2020, tomando como base algunos datos de 2012.
Otro asunto importante a tratar será el cumplimiento de las empresas de prefabricados con el nuevo requisito básico “Uso sostenible de los recursos naturales” que se incluyó en el Reglamento UE 305/2011 de Productos de Construcción [11]. Las obras de construcción deberán proyectarse, construirse y demolerse de tal forma que la utilización de los recursos naturales sea sostenible y garantice en particular:
La industria está analizando cómo presentar de la forma más clara y creíble los datos para los análisis de ciclo de vida (ACV), mediante el empleo de declaraciones ambientales de producto verificadas por tercera parte que cumplan con las nuevas normativas, como es el caso europeo. Esta información además resultará de interés porque podrá ir incluida en los sistemas BIM (Modelo de información de la Construcción). Esto permitirá a que los técnicos alcancen durante el desarrollo del proyecto un impacto reducido de los indicadores de la sostenibilidad tanto en edificios como en infraestructuras, todo ello basado en datos fiables que se ajusten a la realidad a lo largo de su vida útil. Esto además servirá para que los fabricantes optimicen sus procesos de producción, a partir de una mejora en la eficiencia de los recursos (materias primas, agua y energía), la minimización de residuos e incluso un incentivo para el empleo de materiales y fuentes de energía alternativos
Esta preocupación medioambiental (sostenible) debería ir convirtiéndose en un estímulo creciente en cualquier empresa. Este enfoque ya se está implementando en las tomas de decisiones de las compañías, motivado especialmente por la mayor apuesta de las administraciones públicas, como puede ser el caso de las políticas y procedimientos de compra verde que ya están instaurados en países como Suecia o Noruega, o ha sucedido más recientemente en el País Vasco [12], que promueve un mayor uso de elementos prefabricados como vía para la no generación de residuos.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
[7] «EPD Arroyo Valchano railway bridge». Acciona Infraestructuras, EPD. 2013
[8] YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134
[9] «Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete». British Precast, 2008
[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013
[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo
[12] «Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca». ihobe. 2011
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (III)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Casos prácticos
Deben reseñarse los casos de dos compañías internacionales españolas como FCC y ACCIONA. Por parte de FCC, se ha desarrollado una metodología propia de evaluación de la sostenibilidad en obra civil denominada SAMCEW que tiene en cuenta la experiencia adquirida por la aplicación de su propio sistema interno de gestión de la sostenibilidad durante los últimos años. Se trata de una metodología de análisis flexible y ajustable en función del tipo de obra civil, la ubicación, las características del proyecto o de la etapa evaluada, que implicará que ciertos aspectos tengan mayor impacto que otros. En cuanto a ACCIONA, ha llevado a cabo iniciativas interesantes en materia de cuantificar el grado de sostenibilidad de algunas de sus obras, siendo pionera a nivel mundial en la obtención de declaraciones ambientales en infraestructuras, como son los casos de las evaluaciones realizadas sobre el viaducto ferroviario “Arroyo Valchano” [7] en la línea de AVE Madrid-Galicia y que incluye un análisis “cuna a puerta” de todos los materiales utilizados, o un tramo de carretera de la N-340 en Elche (Alicante).
| Descripción del puente de ferrocarril “Arroyo Valchano”
El puente aloja una doble vía de ferrocarril que ha sido construida exclusivamente para el transporte de pasajeros. El tablero consta de vigas prefabricadas y una losa de hormigón hecha in situ, con la siguiente distribución de los vanos: 35 + 5×45 +35 = 295 m. La losa tiene un ancho de 14 m y tiene un espesor variable. La unidad funcional escogida es “1 m de puente”.
Límites del sistema y calidad de los datos
La EPD cubre solamente la estructura del Puente. El análisis del ciclo de vida se refiere a la producción de los distintos materiales utilizados, el transporte de éstos a la obra y la fase de ejecución del puente. No se han considerado el resto de fases como la etapa de servicio del puente o las tareas de mantenimiento. Comportamiento ambiental Los datos genéricos seleccionados para la producción de las materias primas y los combustibles se tomaron de la base de datos de PE utilizando el programa GaBi 6. Los resultados se indicaron para una vida útil de servicio del puente de 60 años. 
|
A nivel de investigación, debe destacarse el proyecto “Optimización del coste y las emisiones de CO2 de los puentes de carretera con vigas artesas prefabricadas de hormigón pretensado en U, mediante un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas” [8]. Esta investigación describe una metodología para optimizar el coste y las emisiones de CO2 cuando se diseña el puente utilizando vigas prefabricadas pretensadas con sección transversal en forma de doble artesa. Para su finalización, el algoritmo utilizado (acrónimo en inglés, SAGSO) se utiliza combinando el efecto sinérgico de una búsqueda local con el recocido simulado (SA) y una búsqueda global con la optimización por enjambre de luciérnagas (GSO). La solución de la estructura del puente se define a partir de 40 variables, que incluyen la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Respecto al material, se ha utilizado hormigón de alta resistencia así como hormigón autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados obtenidos proporcionan una excelente guía a los ingenieros para el diseño de puentes prefabricados de hormigón pretensado. El análisis reveló además que por cada 1€ de ahorro, se reduce la emisión de 1,75 kg de CO2. Finalmente, el estudio paramétrico indico que las soluciones óptimas económicas conllevan resultados satisfactorios medioambientalmente hablando, y que difieren muy poco de la mejor solución posible si fuese analizada exclusivamente desde la perspectiva medioambiental.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
[7] «EPD Arroyo Valchano railway bridge». Acciona Infraestructuras, EPD. 2013
[8] YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134
[9] «Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete». British Precast, 2008
[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013
[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo
[12] «Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca». ihobe. 2011
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (II)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Papel de las soluciones prefabricadas de hormigón para mejorar la sostenibilidad de las obras de ingeniería civil
Es evidente que hay una demanda creciente que exige soluciones constructivas que permitan alcanzar el desarrollo sostenible. En este contexto, la industria de los prefabricados de hormigón es cada vez más consciente de que debe establecer mecanismos para una mayor eficiencia en el uso de los recursos y de qué forma los productos puedan contribuir a lograr construcciones más ecológicas.
El concepto de obra civil incluye a un amplio número de proyectos, en los cuales los productos prefabricados de hormigón ofrecen un papel cada vez más relevante:
| Campos de la obra civil | Infraestructuras | Elementos prefabricados de hormigón |
| Infraestructuras de procesos industriales | Plantas de generación eléctrica | Muros o cualquier otros elemento prefabricado estructural |
| Instalaciones para la distribución de electricidad, gas, agua, etc. | Tubos, pozos de registro y cámaras de inspección, marcos | |
| Agua y otros sistemas de tratamiento | Depósitos de aguas residuales y fosas séticas, retenedores de grasas | |
| Generación y suministro de energía | Postes para aerogeneradores, líneas eléctricas, de telecomunicaciones, iluminación, etc. | |
| Infraestructuras lineales | Puentes | Prelosas, vigas, pilas, estribos |
| Pasarelas | Cualquier elemento es prefabricable | |
| Carreteras | Barreras de seguridad, losas de calzadas, paneles acústicos | |
| Líneas de ferrocarril | Traviesas, vía en placa | |
| Tuneles | Bóvedas, dovelas | |
| Diques y otras construcciones fluviales | Canales | Losas y muros prefabricados |
| Defensas frente a inundaciones | Sistemas de contención | |
| Construcciones marítimas | Puertos | Pantalanes, pavimentos |
| Rompeolas | Bloques macizos | |
| Otras obras de ingeniería civil | Public realm works | Pavimentos, mobiliario urbano |
Tabla 1.- Productos Prefabricados de hormigón para construcciones de obra civil, acorde con la clasificación del apartado 5 del borrador de la norma ISO 21931-2 [3]
El diseño sostenible de un edificio es diferente al que tiene una infraestructura. Mientras que en los edificios son esenciales los requisitos de resistencia al fuego, aislamiento acústico o eficiencia energética, las exigencias de comportamiento de la obra civil se mueven en otros caminos distintos. De hecho, hay una clara diferenciación en cuanto a la importancia de las etapas durante el ciclo de vida de la construcción. Mientras que en la edificación la fase de uso es la más importante, ya que es responsable de aproximadamente el 80% del impacto ambiental del ciclo completo, es durante la ejecución de la infraestructura cuando resultan los mayores impactos, incluso más allá que en la fase de servicio de la misma.
Algunos de los criterios asumidos como sostenibles ya eran parte intrínseca de los procesos de producción de elementos prefabricados de hormigón en las últimas décadas, como son el uso eficiente de materiales o la mejora motivada por el empleo de hormigones de alta resistencia, aunque cabe indicar que todavía existe un amplio potencial de crecimiento:
| Características elementos prefabricados de hormigón | Medioambiental | Social | Económica |
| Durabilidad (incremento de la vida útil) | Soluciones eficaces a largo plazo suponen una preservación de los recursos naturales, una reducción de los impactos, ahorro de energía y una mejora del potencial de extracción de los recursos | Una vida prolongada de las infraestructuras implica menores perturbaciones a los ciudadanos | Los costes iniciales se amortizan en un periodo de tiempo más lagoMenor mantenimiento (reducción de costes) |
| Industrialización | Construcción sin apenas residuosConstrucción en seco: los elementos Prefabricados llegan a obra justo para su colocación | Seguridad laboral mejorada: menor riesgo de accidentes | Devolución más rápida de créditos de financiación |
| Eficiencia de los recursos | Reducción del consume de recursos naturales mediante el uso de materiales de desecho en los productos (p.ej. áridos reciclados procedentes de residuos de hormigón de la propia planta) | Eliminación parcial de un problema global | Uso mayor de materiales con propiedades mejores (p.ej. hormigones de alta resistencia/prestaciones, técnica del pretensado) que implican una optimización de la relación consumo de materiales/coste |
| Mayor uso de hormigones autocompactantes | Reduce el consumo eléctrico | La eliminación de las vibraciones implica unas condiciones en fábrica mucho más confortables y seguras | |
| Origen de las materias primas | Las redes de suministro locales suponen distancias planta-obra más cortas, con lo que la huella ambiental se reduceTodos los materiales proceden de fuentes naturales, y principalmente de origen inorgánico | Los materiales están disponibles de forma local, mejorando la economía y el empleo en la zona | |
| Carbonatación | Reabsorción del CO2 de la atmósfera | Eliminación parcial de un problema global | |
| Fotocatálisis | Disminución de los efectos de la contaminación del aire (NOx, etc.) | Reducción de enfermedades respiratorias | |
Tabla 2.- Algunas ventajas de los elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, analizadas desde los tres dimensiones de la sostenibilidad
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (I)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Introducción
La mayoría de avances alcanzados relacionados con los métodos estandarizados para cuantificar la sostenibilidad de la construcción, están fundamentalmente enfocados a la edificación más que a las infraestructuras, especialmente en su variante residencial. El impacto global de la edificación residencial es el mayor de todos, pues implica a los tres ejes de la sostenibilidad: medioambiental (emisiones de gases de efecto invernadero, derivados de los consumos de calefacción y/o refrigeración para lograr unas condiciones interiores confortables), social (la vivienda es una primera necesidad para las personas) y económico (suele representar el mayor gasto que afronta una persona a lo largo de su vida).
Mientras tanto, la obra civil no ha evolucionado igualmente en esta materia. Aunque generalmente se trata de construcciones de mayor envergadura, los impactos sobre la sostenibilidad son mucho más difusos y no tienen una repercusión tan directa sobre la vida diaria de los ciudadanos.
Por estas razones, puede explicarse que los métodos de evaluación de la sostenibilidad para la obra civil no estén tan desarrollados como los existentes en la edificación, incluso con cierta dificultad para encontrar referencias sobre este campo. Esto puede implicar de alguna forma un obstáculo para la promoción técnica de los elementos prefabricados de hormigón, en un área que suele estar dominado por ingenieros que, en general, saben apreciar mejor las ventajas funcionales que esta metodología constructiva ofrece con respecto a otras.
Este artículo pretende describir las fortalezas que la construcción con prefabricados de hormigón tendrá en el inminente marco reglamentario sobre la sostenibilidad en la obra civil, como vía para mejorar sus posibilidades y lograr una mayor cuota de mercado. También se analizarán algunos de los indicadores de la sostenibilidad que ya aparecen en los borradores de normas actuales.
La razón de la sostenibilidad
Los conceptos de sostenibilidad y desarrollo sostenible se mencionan en casi cualquier actividad que esté relacionada con el uso de recursos, consumo de energía o el ambiente exterior. Pero ninguno de ellos son términos nuevos, habiendo evolucionado notablemente en las últimas décadas hasta el punto de tener una enorme importancia en muchas decisiones que se toman actualmente, especialmente en aquellos países o economías más avanzadas en las que existe una creciente preocupación por las consecuencias del cambio climático, la escasez de energía o el crecimiento demográfico.
La construcción tiene una tremenda influencia analizada desde los puntos de vista económicos (por su peso en el PIB), sociales (como generador de empleos, o como medio para resolver algunas necesidades básicas como la vivienda, o la creación de infraestructuras) y medioambiental (uso de recursos naturales, energía, o posibles daños al ambiente).
Las administraciones públicas son cada vez más conscientes acerca de que el modelo actual y reciente de construir puede (y debe) mejorar mucho:
Es evidente que construyendo de forma más ecológica se conseguirá una notable reducción del impacto para lograr los objetivos marcados por los gobiernos y la sociedad en su conjunto. Sin embargo, la mayoría de los criterios calificados como sostenibles en la construcción no son nuevos, siendo muchos de ellos ya utilizados desde el pasado cuando seguramente se hacía un consumo más responsable de los recursos disponibles, bien porque no había otra posibilidad o bien porque no existía esa cultura que ha llevado a ciertos excesos arquitectónicos tan habituales en tiempos recientes.
Hay que remarcar igualmente que el enfoque sostenible puede correr cierto riesgo de ser malinterpretado, si se utiliza de manera desproporcionada. Vivimos una época en la que muchos productos de construcción son presentados directamente como el adalid de la sostenibilidad, algo que conlleva a pensar que debería realizarse un uso más moderado del término. Debemos ser muy cautos con la interpretación del término, así como con todo aquello que se nos presente como sostenible, debiendo ponerse siempre en el contexto adecuado. Es el caso, por ejemplo, de la madera que se presenta (casi) siempre como el material de construcción más sostenible, sin tener en consideración ningún otro factor como el marco climático, social, económico e incluso cultural del lugar donde se emplee, lo que provoca escepticismo en muchas ocasiones acerca de la validez del propio concepto.
Métodos de evaluación de la sostenibilidad
Existen ya un buen número de metodologías para evaluar cuánto tiene de sostenible un edificio o una infraestructura. Éstas pueden clasificarse como metodologías privadas o bajo procedimientos normalizados. Respecto a los sistemas privados de certificación, deben destacarse BREEAM [1] que fue el primer método de evaluación de la sostenibilidad de los edificios, desarrollado en el Reino Unido en 1990 por el Building Research Institute; y la herramienta LEED [2], desarrollada en 1996 y operada por el U.S. Green Building Council. Ambos sistemas de certificacion están expandidos a nivel mundial. Otros sistemas conocidos son el SBTool (Canada), HQE (Francia) o el DGNB (Alemania). Un aspecto común a todos ellos es que están orientados a edificación.
Respecto a modelos de evaluación de la sostenibilidad de infraestructuras, pueden destacarse los programas CEEQUAL y SUNRA.
La reciente proliferación de este tipo de procedimientos provoca cierta dificultad en realizar comparaciones comprensibles entre distintos programas, e incluso entre una construcción ecológica frente a la tradicional. Para hacer frente a esta gran cantidad de métodos de cuantificación de la sostenibilidad, las dos principales organizaciones mundiales de normalización, CEN (Europa) e ISO (Internacional) han comenzado a desarrollar sus propias normas. En el caso de ISO, los comités que tratan con aspectos de construcción sostenible son los TC207, ISO TC59 SC17 e ISO TC71SC8. En cuanto a CEN, se hace a través del comité TC 350, dividido en seis grupos de trabajo siendo el WG6 el dedicado a la obra civil
Los métodos de evaluación de la sostenibilidad en los tres ejes – medioambiental, social y económico – de las obras de ingeniería civil establecidos en las normas tienen en cuenta los aspectos de comportamiento y los impactos para que puedan ser cuantificados, sin lugar a interpretaciones subjetivas y conducentes a resultados claros de cada indicador que se evalúe.
Las normas ISO 21931-2 [3] y EN 15643-5 [4] son las que establecen el marco que definen los métodos de evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras. Ambas normas se encuentran todavía en fase de análisis, por lo que aún habrá que esperar 1 o 2 años hasta su aprobación.
En lo que se refiere a nivel de productos o elementos constructivos, se deben destacar las normas ISO 21930 [5] y EN 15804 [6]. Ambas normas presentan un esquema similar. Las dos proporcionan las reglas de categoría de producto (acrónimo en inglés, PCR) básicas para llevar a cabo las declaraciones ambientales (acrónimo en inglés, EPD) o etiquetas Tipo III de cualquier producto o servicio de construcción, definiendo los parámetros a declarar y la forma en que se recopilan y se consignan en los informes, las etapas del ciclo de vida de un producto que hay que considerar, o las reglas para el desarrollo de escenarios. Estas normas establecen la base para estimar los valores que corresponden a más de 20 indicadores ambientales, los cuales pueden organizarse en tres categorías:
En este sentido, hay que aclarar que la evaluación del comportamiento social y económico a nivel de producto todavía no está cubierta en las normas, al menos a nivel europeo.
Y de manera más particular, debe destacarse el hecho importante de que el Comité Europeo de Normalización para los productos prefabricados de hormigón, el CEN/TC 229, acaba recientemente de iniciar los trabajos que llevarán a definir una norma específica que establezca las reglas de categoría de producto para la emisión de declaraciones ambientales de producto tipo III para tales productos prefabricados.
Debe también remarcarse otro hecho significativo. Frente a la estrategia seguida por la mayoría de materiales de construcción que sólo declaran los parámetros medioambientales hasta el final del proceso productivo sin tener en cuenta los impactos del resto del ciclo de vida, lo que se conoce como de “cuna a puerta”, las declaraciones ambientales de los productos prefabricados de hormigón se basarán en el ciclo completo, es decir, la opción denominada “de cuna a tumba”, permitiendo que todos los consumidores conozcan todos los impactos obtenidos en el ciclo de vida total, incluso hasta la fase de demolición o deconstrucción de la obra, o la posible reutilización de elementos en otra construcción en el futuro.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
La ingeniería civil no podría entenderse sin su relación con los materiales de construcción. Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades ha estado relacionada con la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. Los materiales de construcción han servido al hombre para mejorar su calidad de vida o simplemente para subsistir, y junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su condición. Los prehistoriadores han encontrado útil clasificar las primeras civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de Piedra, Edad del Cobre, Edad de Bronce, Edad del Hierro. Esta última secuencia parece universal en todas las áreas, ya el uso del hierro requiere una tecnología más compleja que la asociada a la producción de bronce, que a su vez requiere mayor tecnificación que el uso de la piedra. A lo largo de la historia se han ido empleando distintos materiales en su construcción, evolucionando estos hasta la utilización actualmente de materiales compuestos formados por fibras de materiales muy resistentes. Madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo y aluminio han sido los materiales utilizados con más frecuencia en la construcción de todo tipo de estructuras. Actualmente se prueban nuevos materiales para construir puentes con mayor resistencia específica que el acero. Son los denominados materiales compuestos, formados por fibras unidas con una matriz de resina y que se vienen utilizando desde hace años en diversos tipos de industrias (aeroespacial, aeronáutica, automóvil, etc.).
En la tabla que os dejo a continuación, tomada de Milliarium, tenéis un pequeño cuadro cronológico de los materiales que se han utilizado en el caso de los puentes.
| COMPRESIÓN | FLEXIÓN | TRACCIÓN | |
|---|---|---|---|
| Prehistoria | Arcilla (tapial, adobe, ladrillo) |
Madera | Cuerdas |
| Historia clásica | Piedra | Madera | Madera Grapas metálicas |
| Siglo XIX | Fundición | Madera | Cadenas de hierro |
| Primera mitad siglo XX | Hormigón en masa Acero laminado |
Hormigón armado Acero laminado |
Cables de acero |
| Segunda mitad siglo XX | Hormigones especiales Acero laminado |
Maderas laminadas Hormigón pretensado Acero laminado Aleaciones ligeras |
Cables de acero de alta resistencia, alto límite elástico y baja relajación |
Sin embargo, la adopción de un nuevo material no ha supuesto un cambio inmediato y drástico en el diseño y concepción de las estructuras. A modo de ejemplo, cuando se utilizó por primera vez el hierro como material estructural en un puente en 1779, sobre el río Severn en Coalbrookdale (Inglaterra), su diseñador, Abraham Darby adoptó el mismo esquema estructural que los puentes de piedra.
El tema es, como veis, muy extenso como para explicarlo en un solo artículo. Por ello creo que lo mejor es que veamos un Polimedia del profesor David García Sanoguera donde nos explica dicha evolución histórica. Espero que os guste.
Alcoy (Alicante) es la ciudad de los puentes. Es, posiblemente, uno de los pueblos donde han nacido más ingenieros de caminos, entre los que me incluyo. El post de hoy va dedicado a una obra de ingeniería fallida, la línea de ferrocarril entre Alicante y Alcoy. El proyecto de esta línea de ferrocarril corrió a cargo del ingeniero de caminos José Roselló Martí , destinado en 1927 a la 3ª jefatura de Estudios y Construcciones de Ferrocarriles del Sureste de España, donde se encargó de la redacción del proyecto del viaducto sobre el rio Polop y los de los barrancos de Siete Lunas, Barchell, Uxola y Zinc, en Alcoy.
A finales de los años 20 del siglo XX se pudo materializar, tras no pocas dificultades, el trazado de la línea férrea que uniría Alicante y Alcoy. El último proyecto lo redactó Roselló el 13 de julio de 1929. De esta línea destacan los numerosos puentes y túneles que se tuvieron que hacer y que hoy sirven como ruta verde para el turismo de interior en estas comarcas.
La mayor parte de los viaductos se construyeron con tres elementos: arcos de medio punto de hormigón armado de 30 m de luz, arcos de hormigón en masa de 12 m de luz y vigas rectas de hormigón armado de 17,60 m. El más grande y espectacular de los viaductos es el que salva el río Polop, situado al pie del Parque Natural de la “Font Roja”. Posee 230 m. de longitud y una altura máxima sobre el cauce de 46 m. Consta de cinco arcos de 30 m. de luz de hormigón armado y tres arcos de avenida de 12 m. de luz, más pequeños, de hormigón en masa. Las bóvedas tienen todas 3,60 m de anchura, 0,90 m de espesor en la clave y 1,40 m. en los arranques. Los tímpanos están aligerados por arquillos de 4 m. y arriostrados transversalmente por tirantes del mismo material. Dispone de miradores en los arcos pares.
Se utilizaron cerchas semirrígidas para el armado de los arcos, pues aún no se habían publicado los modelos oficiales de puentes para ferrocarril. Consistía este sistema en el empleo de estructuras rígidas de acero, dimensionadas para sostener el peso propio de la bóveda durante la construcción. Colgado de las cerchas, y bien sujeto a las cabezas inferiores de las mismas, se colocaba un encofrado de madera siguiendo el intradós de la bóveda. Se complementaba este entablonado con unas paredes laterales de madera hasta la altura del trasdós, quedando así establecido el encofrado de las bóvedas, pudiendo de este modo suprimirse costosas cimbras y andamios. A esta armadura se le añadía las armaduras en aquellas zonas necesarias para resistir la flexión que ocasionaban las sobrecargas móviles de servicio del puente.
Asistimos, en las primeras décadas del siglo XX, al predominio de los puentes de hormigón armado en España, que poco a poco fueron desplazando a los puentes metálicos por su mayor economía frente al alto precio del acero y menores gastos de mantenimiento. El predominio del hormigón fue posible al desarrollo en nuestro país de la técnica con figuras como Juan Manuel Zafra o José Eugenio Ribera.
A continuación os dejo el enlace a la página de la Revista de Obras Públicas donde el propio autor nos explica la obra con mayor detalle. http://ropdigital.ciccp.es/detalle_articulo.php?registro=15217&anio=1929&numero_revista=2533
Esta es la versión post-print de autor. La publicación se encuentra en: http://hdl.handle.net/10251/46928, siendo el Copyright de Elsevier.
El artículo debe ser citado de la siguiente forma:
Martí, JV.; Yepes, V.; Gonzalez-Vidosa, F.; Luz, AJ. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería. 30(3):145-154. doi:10.1016/j.rimni.2013.04.010.
El Grupo Español de IABSE (International Association for Bridge and Structural Engineering) organizó, en colaboración con la Escuela de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid – UPM, el Workshop on Bridge Design 2015, WoBD2015. Gracia a ello tenemos la ocasión de poder escuchar a Javier Manterola dando su visión personal sobre los puentes. Espero que os guste el vídeo.