Categoría: ingeniería civil

Impermeabilización de puentes: técnicas, materiales y procedimientos

https://www.cantitec.es/project/impermeabilizacion-puente-ave/

La durabilidad de los puentes está relacionada con una impermeabilización adecuada, ya que el hormigón vibrado no es totalmente estanco. Las segregaciones locales permiten la entrada de agua hasta las armaduras, lo que provoca la carbonatación, disgregación y corrosión de estas. Este efecto se intensifica en regiones donde se usan sales de deshielo para evitar la formación de hielo. Muchos problemas de durabilidad se deben a una impermeabilización y drenaje inadecuados.

La eficacia de la impermeabilización depende de factores como las condiciones climáticas, que pueden afectar a la integridad de los materiales. También es crucial el diseño estructural, que debe facilitar el drenaje y evitar la acumulación de agua. Para prevenir defectos en la impermeabilización, es esencial seleccionar materiales duraderos y compatibles con el entorno, y aplicarlos correctamente.

La selección del sistema de impermeabilización para un puente debe tener en cuenta factores como las características específicas de la estructura, incluidos los materiales, la geometría, el uso y las condiciones de carga; las condiciones climáticas y ambientales locales, como temperaturas extremas, humedad y exposición a agentes corrosivos; y los requisitos de mantenimiento y la vida útil esperada, ya que algunos sistemas requieren menos mantenimiento y ofrecen una mayor durabilidad. Es esencial consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada.

Los sistemas de impermeabilización se clasifican en tratamientos in situ y el uso de láminas prefabricadas. Dentro de los tratamientos in situ, destacan varias técnicas según el tipo de material y el método de aplicación.

Tratamientos in situ:

  • Másticos bituminosos aplicados en caliente: Se colocan en una o dos capas con espesores de 5 a 20 mm. Para evitar la formación de ampollas por la mezcla caliente sobre un tablero húmedo, se aplica una capa de imprimación y otra de descompresión, generalmente un filtro de fibra de vidrio que comunica con la atmósfera.
  • Másticos bituminosos aplicados en frío: Formados por un agregado mineral fino, fibras minerales y una emulsión bituminosa aniónica de rotura lenta, y se aplican sobre un tablero limpio tras un riego de adherencia. La cantidad aplicada varía entre 3 y 6 kg/m² en función de la rugosidad de la superficie. Son fáciles de instalar, resistentes al tráfico de obra y poseen una excelente adherencia al firme.
  • Capas finas con materiales no bituminosos (resinas): Incluyen resinas epoxi, poliuretanos y poliésteres, que se aplican en espesores de 1,5 a 3 mm. Ofrecen alta resistencia química y gran adherencia al hormigón, aunque requieren una textura fina y ausencia de humedad en el tablero. Normalmente, se aplican dos capas de resina: la segunda se extiende una vez polimerizada la primera y, antes de que se seque por completo, se esparce arena para mejorar la adherencia con el pavimento. La imprimación del tablero no es indispensable, pero, si se realiza, se utiliza la misma resina diluida.
  • Capas finas con brea-epoxi: Este material mixto combina la flexibilidad de la brea y la adherencia del epoxi, y ofrece resistencia a bajas temperaturas y un coste moderado. Su espesor promedio es de 2 mm y se usa principalmente en estructuras flexibles como puentes metálicos. La técnica de aplicación es similar a la de las resinas sintéticas, con la diferencia de que en este caso es imprescindible utilizar la imprimación correspondiente, que es la misma mezcla fluidificada.

Láminas prefabricadas:

Dentro de las láminas prefabricadas de pequeño espesor (entre 1 y 2 mm) se incluyen:

  • Láminas bituminosas autoprotegidas: La cara superior está formada por una hoja de aluminio y la cara inferior está recubierta de una masilla bituminosa reforzada con fibras de vidrio. El espesor total varía entre 3 y 4 mm.
  • Láminas elastoméricas: Las más comunes están fabricadas con caucho butilo, caucho de cloropreno y etileno-propileno. Estas láminas destacan por su gran flexibilidad, aunque presentan el inconveniente de una adherencia deficiente con los materiales bituminosos. Por ello, en la instalación de pavimentos de este tipo es habitual aplicar una imprimación bituminosa sobre la lámina una vez colocada.
  • Láminas plásticas: Son de PVC reforzado con fibras sintéticas a lo largo de todo su espesor. Estas láminas no presentan adherencia.
  • Láminas de betún altamente modificado con polímeros: Estas láminas ofrecen una excelente flexibilidad, baja susceptibilidad térmica y elevada tenacidad y ductilidad.

Las láminas prefabricadas más delgadas suelen deteriorarse con facilidad por punzonamiento. Anteriormente, solía colocarse una capa de protección, generalmente una mezcla de arena y betún, entre la lámina y el pavimento. Hoy en día, salvo en el caso de las láminas con hoja superior de aluminio, es común que las láminas incorporen gravillas incrustadas en su cara superior, lo que no solo las protege frente al punzonamiento, sino que también mejora la adherencia con el pavimento. El objetivo principal de estas membranas es garantizar la estanqueidad en todas las zonas del tablero y evitar especialmente el paso de agua en las uniones con elementos como bordillos, sumideros, barreras y juntas de dilatación.

En los últimos años, se han desarrollado y aplicado técnicas y productos innovadores en este campo. A continuación, se presentan algunas de las novedades más destacadas:

  • Membranas líquidas de poliuretano: La aplicación de membranas líquidas de poliuretano ha surgido como una solución eficaz para impermeabilizar tableros de puentes. Estas membranas destacan por su alta elasticidad, resistencia química y larga vida útil. Además, su capacidad para adaptarse a geometrías diversas facilita su aplicación en estructuras complejas. La certificación ETE (Documento de Evaluación Técnica Europeo) garantiza la calidad y eficacia de estos productos.
  • Membranas asfálticas prefabricadas: Los sistemas de impermeabilización asfáltica, especialmente los que utilizan membranas prefabricadas SBS, han demostrado su eficacia en puentes y estacionamientos. Estos sistemas se aplican mediante termofusión, lo que garantiza una adherencia sólida y una protección duradera contra filtraciones.
  • Resinas de poliuretano bicomponente: La utilización de resinas de poliuretano bicomponente, libres de brea y alquitrán, ha ganado popularidad en la impermeabilización de tableros de puentes. Estas resinas se aplican sobre el hormigón del soporte, formando una capa impermeable que protege la estructura de las inclemencias meteorológicas y de la acción de agentes corrosivos.
  • Membranas de poliurea: La aplicación de poliurea ha demostrado su eficacia en la protección contra filtraciones en la impermeabilización de puentes ferroviarios. Para lograr una impermeabilización completa y duradera, es fundamental realizar un tratamiento previo de la superficie y aplicar imprimaciones adecuadas.

En las impermeabilizaciones no completamente adheridas al tablero del puente, el agua que pueda filtrarse a través de la capa impermeabilizante o condensarse debajo de ella se evacúa mediante respiraderos o tubos de ventilación. Estos dispositivos evitan la acumulación de presión de vapor que podría provocar ampollas en la impermeabilización. Los tubos se colocan en los puntos más bajos o se distribuyen a lo largo de toda la superficie, partiendo de la cara inferior de la impermeabilización y atravesando el tablero del puente.

La impermeabilización de puentes requiere un mantenimiento periódico para garantizar su eficacia a largo plazo. Es fundamental realizar inspecciones regulares para detectar posibles daños o deterioros y llevar a cabo las reparaciones pertinentes. Si hay fallos en la impermeabilización, es posible que sea necesario rehabilitar la membrana, lo que puede implicar eliminar la capa existente y aplicar un nuevo sistema de impermeabilización.

La impermeabilización de puentes requiere cumplir diversas normativas y estándares internacionales para garantizar la eficacia y durabilidad de las soluciones implementadas. A continuación, se presenta una relación exhaustiva de las normativas y estándares más importantes en este campo:

Normativas Europeas:

  • UNE-EN 13375:2020: Establece los requisitos para las láminas flexibles utilizadas en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón expuestas al tráfico vehicular.
  • UNE-EN 14692:2017: Define las características de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia a la compactación de una capa asfáltica.
  • UNE-EN 14694:2017: Especifica los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la resistencia a la presión dinámica de agua tras degradación por pretratamiento.
  • UNE-EN 14223:2017: Detalla las propiedades de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la absorción de agua.
  • UNE-EN 14691:2017: Establece los criterios para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la compatibilidad por acondicionamiento térmico.
  • UNE-EN 13653:2017: Define los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia al pelado.
  • UNE-EN 12039:2017: Especifica las características de las láminas bituminosas para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la adherencia de gránulos.
  • UNE-EN 12691:2018: Establece los requisitos para las láminas bituminosas, plásticas y de caucho en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al impacto.
  • UNE-EN 13583:2013: Define las características de las láminas bituminosas, plásticas y de caucho para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al granizo.
  • UNE-EN 17686:2023: Establece los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia a la carga de viento del sistema constructivo de cubiertas con sistemas de impermeabilización adheridos.

Normativas Internacionales:

  • ASTM D6083: Estándar de la ASTM que especifica los requisitos para las membranas líquidas de poliuretano utilizadas en la impermeabilización de puentes.
  • ASTM D1970: Estándar de la ASTM que define los requisitos para las membranas autoadhesivas de asfalto utilizadas en la impermeabilización de puentes.
  • AASHTO M 323: Especificación de la American Association of State Highway and Transportation Officials que establece los requisitos para las membranas de impermeabilización de puentes.

Es fundamental consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada. Además, es recomendable revisar las especificaciones técnicas de los fabricantes y las guías de buenas prácticas para asegurar una correcta aplicación de los sistemas de impermeabilización.

Os dejo un par de vídeos sobre impermeabilización de tableros de puentes. Espero que os sean de interés.

También os dejo este catálogo de Sika sobre la impermeabilización de puentes.

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Activación de la fuerza de pretensado e inyección en construcciones de hormigón

La construcción de estructuras de hormigón conlleva procesos técnicos complejos que requieren una planificación rigurosa y una ejecución meticulosa. Entre estos procesos, destacan la activación de la fuerza de pretensado y la inyección de armaduras, que son esenciales para mejorar el rendimiento estructural y la durabilidad. Este artículo aborda estos procedimientos, detallando principios teóricos, parámetros técnicos y normativas aplicables.

Tesado de armaduras activas

Armadura pasiva y vainas para el acero de postesado durante la construcción de un puente de sección cajón. De Störfix – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=297005

El tesado de armaduras activas es el proceso mediante el cual se aplica una fuerza de pretensado al acero de refuerzo dentro del hormigón. Esto aumenta la capacidad de carga, reduce las deformaciones y mejora la durabilidad de la estructura.

El proceso de tesado se basa en el principio de crear fuerzas internas en el acero que compensen las tensiones externas esperadas durante la vida útil de la estructura. Al aplicar una fuerza controlada, el acero se somete a tracción y el hormigón queda en compresión, lo que mejora el comportamiento global del elemento estructural.

La operación de tesado deberá realizarse según un plan previamente establecido, teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante del sistema utilizado. Se deberá asegurar que el gato esté perpendicular y centrado sobre el anclaje y que la operación la lleve a cabo personal cualificado. El tesado debe realizarse de manera lenta y progresiva. Si se lleva a cabo en condiciones de bajas temperaturas, deberán tomarse precauciones especiales.

Si se rompe un elemento de la armadura, se podrá alcanzar la fuerza total de pretensado necesaria aumentando la tensión en los elementos restantes, sin exceder el 5 % del valor previsto inicialmente. En caso de que se pierda totalmente la fuerza de pretensado debido a la rotura de elementos irreemplazables de la armadura, la pérdida no podrá superar el 2 % de la fuerza de pretensado prevista en el proyecto.

La temperatura ambiente es un factor crítico. Debe evitarse el tesado a temperaturas inferiores a 5 °C, salvo que se implementen medidas específicas para compensar los efectos del frío, como el uso de equipos de calefacción en el área de trabajo. Además, el acero utilizado debe cumplir con normas internacionales como la EN 10080, que garantizan su calidad y resistencia.

La seguridad durante el tesado es un aspecto prioritario. Las medidas de seguridad incluyen protecciones detrás de los gatos y se prohibirá el paso entre dichas protecciones y el gato durante el izado. En las pretesas, es esencial colocar señales visibles que indiquen la carga máxima permitida para la que han sido proyectados los estribos de anclaje y delimitar las zonas de acceso restringido. Además, para evitar que las armaduras salten si se rompen durante el tesado, se deben utilizar placas horadadas, cubriéndolas o envolviéndolas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Todo el proceso debe estar supervisado por personal técnico cualificado.

Armaduras pretesas

Hormigón pretensado en forma de viguetas. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/

Las armaduras pretesas se tensan antes del vertido del hormigón para garantizar que la fuerza se transfiera a la matriz del hormigón durante el fraguado. Este método se utiliza principalmente en la fabricación de elementos prefabricados, como vigas, losas y pilares.

El proceso de pretensado consiste en fijar los extremos de las armaduras en dispositivos de anclaje y aplicarles una fuerza controlada antes de verter el hormigón. Una vez que el hormigón alcanza la resistencia requerida, se libera la tensión de manera gradual, lo que permite que el hormigón absorba el esfuerzo de pretensado.

El programa de tesado deberá especificar el orden de tesado de las armaduras y, en su caso, las sucesivas etapas parciales de pretensado. También se deberá indicar la presión o fuerza que no debe sobrepasarse en los gatos, el valor de la carga de tesado en los anclajes y los alargamientos que deben obtenerse, teniendo en cuenta los movimientos originados por la penetración de la cuña. Además, se debe detallar el modo y la secuencia que deberá seguirse para liberar los tendones, así como la resistencia requerida al hormigón en el momento de la transferencia.

La adherencia de las armaduras activas al hormigón depende de la longitud de transmisión, que es necesaria para transferir al hormigón por adherencia la fuerza de pretensado introducida en las armaduras, y de la longitud de anclaje, que garantiza la resistencia del anclaje por adherencia hasta la rotura del acero. Estos factores dependen principalmente de tres elementos: el diámetro de la armadura, sus características superficiales y la resistencia del hormigón.

El destesado es la operación mediante la cual se transmite el esfuerzo de pretensado de las armaduras pretesas al hormigón, para lo cual se deben soltar de manera lenta, gradual y uniforme, sin sacudidas bruscas y de forma ordenada, con el fin de evitar asimetrías. Antes de iniciar esta operación, se verifica que el hormigón haya alcanzado la resistencia especificada, eliminar obstáculos que impidan el movimiento de las piezas y cortar las puntas de las armaduras que sobresalgan de las testas, si van a quedar expuestas y no embebidas en el hormigón. El destesado prematuro representa un peligro debido a las pérdidas elevadas, mientras que el destesado brusco puede causar esfuerzos anormales, aumentar la longitud de transmisión y anclaje, y aumentar los riesgos de deslizamiento.

Armaduras postesas

Anclajes de hormigón postesado. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/

Las armaduras postesas se tensan una vez fraguado el hormigón, lo que permite mayor flexibilidad en el diseño de estructuras complejas. Se utilizan comúnmente en grandes puentes, viaductos y edificios importantes.

Durante el proceso, los tendones se colocan dentro de vainas que atraviesan el hormigón. Una vez fraguado, se aplican fuerzas de pretensado mediante gatos hidráulicos y se fijan los extremos con cuñas especiales que aseguran la transferencia de cargas a largo plazo.

El programa de tesado deberá especificar expresamente la secuencia detallada de tesado de las armaduras, la presión o fuerza que debe desarrollarse en el gato, los alargamientos esperados y la máxima penetración de cuña, así como el momento de retirada de las cimbras durante el tesado, si procede. También se deberá indicar la resistencia requerida al hormigón antes del tesado, el número, el tipo y la localización de los acopladores, así como la necesidad de protección temporal si el tesado se realiza en etapas sucesivas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Cada etapa debe ejecutarse en condiciones de control estrictas, registrándose cada operación para su posterior verificación y trazabilidad.

La tensión máxima inicial admisible en las armaduras se limita con el fin de disminuir riesgos como la rotura o la corrosión. El valor máximo de la tensión en las armaduras antes de anclarlas no podrá ser superior al menor de los siguientes valores: el 75 % de la carga unitaria máxima característica o el 90 % del límite elástico característico. De forma temporal, esta tensión podrá aumentarse hasta alcanzar uno de los siguientes valores: el 85 % de la carga unitaria máxima característica o el 95 % del límite elástico característico.

Proceso postesado. Fuente: Catálogo Stronghold

El proceso de tesado consta de varias fases secuenciales cuidadosamente planificadas para garantizar la correcta transferencia de la fuerza de pretensado. En primer lugar, se colocan y alinean los gatos hidráulicos frente a los anclajes, asegurándose de que estén perpendiculares y centrados para evitar desviaciones.

Una vez posicionados, se inicia el proceso de aplicación de fuerza de manera gradual y continua. La presión se incrementa en etapas controladas para evitar tensiones repentinas que puedan causar daños estructurales. Durante esta fase, se realiza un seguimiento constante de la presión y del alargamiento alcanzado en las armaduras.

A medida que el acero se alarga, hay que verificar los anclajes y realizar ajustes si es necesario. El equipo técnico debe registrar cada paso, documentando las presiones aplicadas, los alargamientos medidos y los incidentes que puedan ocurrir durante el proceso.

Una vez alcanzada la fuerza especificada en el proyecto, se fijan definitivamente las armaduras mediante cuñas mecánicas o dispositivos de anclaje hidráulico. De este modo, se asegura que el acero mantenga la tensión aplicada incluso después de retirar los equipos de tesado.

Por último, se llevan a cabo inspecciones visuales y técnicas para confirmar que el proceso de tesado se ha realizado correctamente. Cualquier anomalía detectada debe ser corregida antes de pasar a la siguiente fase de construcción.

El control del tesado implica medir simultáneamente el esfuerzo ejercido por el gato y el alargamiento de la armadura, con una precisión de ±2 % del recorrido total. Se debe garantizar que la fuerza de pretensado se mantenga dentro de un ±5 % del valor de proyecto y que los alargamientos sean de ±15 % para un tendón particular y ±5 % para la suma de todos los valores en la misma sección. Para facilitar el control, se utilizará una tabla de tesado que incluirá los datos del programa, la identificación de los tendones, los resultados del tesado y los incidentes. Los datos recopilados deben documentarse con todo detalle, incluyendo las desviaciones y las correcciones realizadas.

El retesado de armaduras postesas se define como cualquier operación de tesado efectuada sobre un tendón después de su tesado inicial. Este procedimiento solo está justificado si es necesario para uniformar las tensiones de los diferentes tendones de un mismo elemento o si está previsto en el programa el tesado en etapas sucesivas. No se debe realizar un retesado con el único objetivo de disminuir las pérdidas diferidas de tensión, salvo en circunstancias especiales.

Antes de proceder con el retesado, se realiza una evaluación exhaustiva de la estructura para determinar si es necesario. El procedimiento debe ajustarse al programa de tesado original y a las condiciones actuales del proyecto. Las presiones aplicadas durante el retesado deben controlarse cuidadosamente para evitar daños en los elementos estructurales.

Además, es fundamental recalibrar los equipos de tesado antes de iniciar esta operación para garantizar que los valores aplicados sean precisos. Una vez finalizado, deben realizarse nuevas inspecciones y pruebas de carga para verificar la efectividad del proceso.

Inyección de armaduras

La inyección de lechada es fundamental para proteger las armaduras de pretensado contra la corrosión y garantizar su adherencia al hormigón. Este proceso consiste en llenar los conductos que contienen los tendones con una mezcla diseñada para resistir agresiones químicas y ambientales. Debe realizarse lo antes posible después del tesado.

La preparación de la mezcla de inyección es una etapa clave para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de pretensado. La lechada es una mezcla cuidadosamente dosificada de cemento, agua y aditivos específicos. La proporción de estos componentes se calcula en función de factores como la temperatura ambiente, el tipo de estructura y las condiciones específicas del lugar de construcción.

El proceso de mezclado debe realizarse con equipos mecánicos especializados que aseguren una mezcla homogénea y libre de grumos. El tiempo de mezclado oscila entre 2 y 4 minutos, aunque puede prolongarse si se utilizan aditivos retardadores en casos en que se prevea un tiempo prolongado antes de la inyección, de mas de 30 minutos.

La relación agua-cemento debe mantenerse dentro de unos márgenes estrictos, generalmente entre 0,4 y 0,5, para garantizar una consistencia coloidal que facilite el flujo de la lechada a través de los conductos. Además, es indispensable realizar pruebas preliminares para verificar la fluidez, la resistencia inicial y la adherencia.

La temperatura de la mezcla no debe exceder los 30 °C para evitar fraguados prematuros. Si se anticipa una demora en el proceso de inyección, se pueden incorporar aditivos estabilizantes que prolonguen la trabajabilidad de la lechada sin afectar a sus propiedades mecánicas.

Finalmente, antes de proceder con la inyección, se debe inspeccionar visual y técnicamente el equipo de mezclado para garantizar su correcto funcionamiento y evitar contaminaciones o errores en la dosificación.

La ejecución de la inyección requiere una planificación detallada que tenga en cuenta las condiciones del proyecto y las especificaciones técnicas establecidas. El programa de inyección debe contener, al menos, las características de la lechada (tiempos), las características del equipo de inyección, la limpieza de los conductos, la secuencia de operaciones y ensayos a realizar, las probetas para los ensayos, el volumen de lechada a preparar y la previsión de incidentes, entre otros aspectos. Se deben utilizar equipos de inyección calibrados para garantizar la aplicación continua y uniforme de la lechada.

La ejecución de la inyección de armaduras postesas requiere comprobar previamente las siguientes condiciones: el equipo de inyección, la bomba de inyección auxiliar, el suministro permanente de agua a presión y aire comprimido, el exceso de materiales para el amasado del producto de inyección, las vainas libres de materiales perjudiciales, los conductos a inyectar preparados e identificados y los ensayos de control de la lechada preparados.

El proceso comienza con la conexión segura del equipo de inyección a los conductos. La inyección debe realizarse bajo las siguientes condiciones: la longitud máxima de inyección no debe superar los 120 m y, en tiempo frío, se debe asegurar de que no haya hielo en los conductos, inyectando agua caliente si es necesario. Queda prohibido efectuar la inyección mediante aire comprimido. La inyección debe ser continua e ininterrumpida, con una velocidad de avance constante entre 5 y 15 m/min, y debe realizarse desde puntos bajos para garantizar un llenado completo y evitar bolsas de aire. El proceso finaliza cuando la lechada comienza a rebosar por los puntos de purga con la misma consistencia que la mezcla inicial. Una vez finalizada la operación, se obstruyen herméticamente los orificios de purga para evitar la entrada de aire o humedad que pueda afectar a la durabilidad de la estructura. La presión de inyección se ajusta cuidadosamente para garantizar una distribución uniforme del material y minimizar el riesgo de rotura de los conductos.

La inspección de la inyección debe incluir la elaboración de un informe para cada inyección, en el que se anoten las características del producto, la temperatura ambiente en el momento de la inyección, el tipo de cemento utilizado, el aditivo incorporado a la mezcla (si corresponde) y su dosificación, la relación agua/cemento elegida, el tipo de mezclador, la duración del mezclado y las probetas fabricadas para controlar las condiciones relativas a los productos de inyección. Estos informes deben archivarse como parte de los registros permanentes de la obra.

La seguridad durante la inyección debe extremarse. El personal involucrado debe recibir capacitación específica en técnicas de inyección y procedimientos de seguridad. Es obligatorio el uso de equipos de protección individual, como guantes, gafas y cascos, especialmente en áreas donde exista riesgo de contacto con productos químicos. Está prohibido que los operarios miren a través de los tubos o rebosaderos.

Durante la inyección, debe establecerse un perímetro de seguridad alrededor de la zona de trabajo para prevenir accidentes. Además, es imprescindible realizar inspecciones visuales y técnicas en tiempo real para detectar posibles fugas, obstrucciones o anomalías en la aplicación.

Por último, una auditoría posterior a la inyección debe verificar que todos los conductos se han llenado correctamente y que las purgas se han realizado según los estándares. Este control garantiza que el sistema de pretensado funcione de manera óptima y se mantenga con el paso del tiempo.

Consideraciones normativas

Las operaciones relacionadas con el pretensado y la inyección deben cumplir estándares técnicos específicos que garanticen la seguridad, durabilidad y funcionalidad de las estructuras construidas. La normativa europea EN 13391 regula los dispositivos de anclaje utilizados en pretensado y especifica los requisitos de diseño, resistencia y métodos de prueba.

El Código Estructural establece pautas detalladas para el diseño y la ejecución de elementos pretensados, incluidos los procedimientos de tesado, inyección y control de calidad. También exige que cada etapa del proceso esté documentada y supervisada por profesionales acreditados.

En proyectos internacionales, normas como la ACI 318 (American Concrete Institute) definen criterios adicionales de cálculo estructural y verificación de materiales. El cumplimiento de estas normativas garantiza la integridad estructural, la capacidad portante y la resistencia a condiciones adversas durante la vida útil de la estructura.

Además, los reglamentos de seguridad laboral exigen que los operarios estén certificados y que se implementen medidas de protección para evitar accidentes. El seguimiento estricto de estas disposiciones permite minimizar riesgos y garantizar el éxito del proyecto desde la fase inicial hasta la finalización.

Conclusión

La activación de la fuerza de pretensado y la inyección en construcciones de hormigón son procesos técnicos esenciales. Si se siguen procedimientos detallados, normas específicas y controles de calidad rigurosos, su correcta aplicación garantiza estructuras seguras y duraderas.

Dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten interesantes.

Os dejo a continuación una presentación de Luis Cosano, del departamento técnico de Freyssinet, S.A. Espero que os sea de interés.

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Además, a continuación podéis descargar el artículo 50 del Código Estructural relativo a los procesos de colocación y tesado de las armaduras activas.

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Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Diseño optimizado de edificios de pórticos de hormigón armado frente al colapso progresivo mediante metamodelos

El diseño estructural de los edificios plantea importantes retos para garantizar su seguridad y sostenibilidad. El colapso progresivo, provocado por eventos extremos como terremotos o explosiones, puede ocasionar daños catastróficos. Para reducir este riesgo, se propone una metodología de diseño apoyada en metamodelos que combina optimización estructural y criterios de seguridad, y que tiene en cuenta elementos que a menudo se pasan por alto, como los forjados, las pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura (SSI, por sus siglas en inglés).

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. También es fruto de la colaboración con investigadores de Brasil y Cuba.

Metodología

Descripción del problema

Se estudiaron cinco edificios de pórticos de hormigón armado con diferentes configuraciones de plantas y luces. Las estructuras incluyen vigas, columnas, forjados y pantallas de arriostramiento. Además, se incorporó el diseño optimizado de cimentaciones, considerando la interacción con el suelo mediante modelos de elasticidad lineal. Las dimensiones de los elementos estructurales se ajustaron siguiendo las normas internacionales de diseño y se consideraron distintas combinaciones de carga para evaluar escenarios críticos.

Se realizaron simulaciones numéricas avanzadas que tuvieron en cuenta escenarios de carga extremos, incluyendo la pérdida de columnas críticas en diversas posiciones. En el análisis se tuvieron en cuenta factores de seguridad, límites de servicio y fallos estructurales para determinar los diseños óptimos. También se tuvieron en cuenta criterios de sostenibilidad y se midieron las emisiones de CO₂ asociadas a cada solución.

Optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC)

La metodología ObRDPC se centra en minimizar las emisiones de CO₂ como función objetivo, garantizando simultáneamente la robustez estructural mediante restricciones de seguridad. Para evaluar el colapso progresivo y simular la pérdida de columnas críticas, así como analizar la redistribución de cargas, se empleó el método de camino alternativo (AP). La metodología incluye la verificación de estados límite últimos y de servicio, lo que garantiza el cumplimiento de los requisitos normativos.

El proceso de optimización incluye la definición precisa de las variables de diseño, como las dimensiones de las vigas, columnas y cimentaciones, así como el tipo de hormigón utilizado. Para maximizar la eficiencia estructural y minimizar los costos ambientales, se aplican técnicas de programación matemática.

Modelización de forjados y pantallas de arriostramiento

  • Forjados: se modelaron como elementos tipo placa de 12 cm de espesor y se conectaron a las vigas mediante nodos rígidos para asegurar la continuidad estructural. Se realizó una discretización adecuada para representar su comportamiento realista ante cargas verticales y horizontales. El análisis incluyó el comportamiento a flexión, los efectos de cargas concentradas y la interacción con los elementos perimetrales. Se consideraron diferentes configuraciones de refuerzo para maximizar la resistencia y minimizar las deformaciones.
  • Pantallas de arriostramiento: representadas mediante diagonales equivalentes elásticas, según las especificaciones normativas. Se definieron sus propiedades mecánicas mediante modelos experimentales previos, incluyendo el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión. Se estudiaron distintos tipos de mampostería y su influencia en la resistencia general. Las pantallas de arriostramiento también se evaluaron como elementos activos en la redistribución de cargas después de eventos que provocan la pérdida de soporte, lo que mejora la estabilidad global del sistema estructural.

Interacción suelo-estructura (SSI)

Se consideró el asentamiento diferencial de las cimentaciones mediante coeficientes de rigidez calculados según modelos elásticos. El suelo se modeló como un medio elástico semiespacial. En el análisis se incluyó la interacción entre la superestructura y el terreno para capturar los efectos de asentamientos desiguales y su impacto en el estado de esfuerzos y deformaciones.

En el análisis se tuvieron en cuenta diferentes tipos de suelos, desde arcillas de baja resistencia hasta suelos granulares compactados. Se realizaron estudios paramétricos para evaluar la sensibilidad del sistema a variaciones en la rigidez del terreno y el módulo de elasticidad del hormigón.

Cinco estudios de casos que consideran la modelización de cimientos, forjados y pantallas de arriostramiento.

Optimización asistida por metamodelos

Se utilizaron técnicas avanzadas de optimización asistida por metamodelos para reducir la carga computacional. El proceso incluyó un muestreo inicial mediante muestreo hipercúbico latino para cubrir eficientemente el espacio de diseño, seguido de la construcción del metamodelo a través de técnicas de interpolación Kriging para aproximar las respuestas estructurales, evaluando múltiples configuraciones para garantizar la precisión. Posteriormente, se aplicó una optimización global utilizando algoritmos evolutivos, como la Biogeography-based Optimization (BBO), para explorar soluciones factibles y un método iterativo para refinar las soluciones y garantizar su viabilidad en condiciones críticas.

Resultados

Impacto de forjados y pantallas de arriostramiento

La inclusión de forjados y pantallas de arriostramiento mejoró significativamente la redistribución de cargas y la resistencia al colapso progresivo. El análisis mostró una reducción del 11 % en el impacto ambiental para diseños resistentes al colapso, en comparación con modelos que solo consideran vigas y columnas.

Se observó una mejora notable en la capacidad de redistribución de cargas después de la pérdida de columnas críticas. Las pantallas de arriostramiento actuaron como elementos resistentes adicionales, mitigando fallos en los elementos primarios y reduciendo los desplazamientos globales.

Comparación de enfoques de diseño

Se observó que aumentar el número de niveles incrementa la robustez estructural debido a la mayor redundancia de elementos. Sin embargo, el incremento de la longitud de las luces de las vigas reduce esta capacidad, por lo que es necesario utilizar secciones más robustas y aplicar mayores refuerzos.

Los modelos con luces de 8 m presentaron un aumento del 50 % en las emisiones de CO₂ cuando no se incluyeron forjados ni pantallas de arriostramiento. Al incorporarlos, se consiguió reducir este incremento a la mitad.

Recomendaciones prácticas para el diseño estructural

  1. Incluir forjados y pantallas de arriostramiento: Su integración mejora significativamente la resistencia al colapso progresivo, particularmente en edificios con luces amplias.
  2. Optimizar secciones estructurales: Diseñar secciones de vigas y columnas equilibrando rigidez y eficiencia económica.
  3. Evaluar diferentes tipos de cimentaciones: Incorporar análisis de interacción suelo-estructura para definir bases óptimas.
  4. Aplicar análisis paramétricos: Evaluar la sensibilidad de los diseños a variaciones en la resistencia del hormigón y las condiciones geotécnicas.
  5. Considerar combinaciones de carga extremas: Simular múltiples fallos para garantizar diseños robustos y seguros.

Conclusión

La optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC) permite diseñar estructuras resistentes al colapso progresivo con menor impacto medioambiental. El uso de metamodelos y la consideración de forjados, pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura mejoran significativamente la seguridad estructural y la sostenibilidad del diseño. Se recomienda ampliar esta investigación a otros tipos de estructuras y condiciones geotécnicas complejas para validar y perfeccionar la metodología propuesta.

Referencia:

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

El artículo os lo podéis descargar gratuitamente, hasta el 1 de febrero de 2025, en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1kFtRW4G4f7uC

Modelización y métodos de optimización aplicados al consumo energético en los ferrocarriles

El sector ferroviario, reconocido por su eficiencia energética, sigue siendo objeto de investigación para mejorar su sostenibilidad. Pese a representar solo el 2 % del consumo energético del transporte en Europa, su relevancia en el transporte de mercancías y pasajeros impulsa la investigación para reducir su huella de carbono. La necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la competitividad económica ha llevado a realizar estudios exhaustivos centrados en el consumo energético ferroviario.

 

Modelización del consumo energético

El modelado del consumo energético permite evaluar y simular el rendimiento de los trenes sin necesidad de realizar pruebas experimentales. Las técnicas de modelado se clasifican principalmente en modelos deterministas y métodos alternativos, como redes neuronales y modelos estocásticos. Estos enfoques permiten analizar múltiples escenarios operativos y optimizar las decisiones estratégicas y operativas.

Modelos deterministas

El enfoque predominante utiliza ecuaciones basadas en la ecuación de Davis, que describe la resistencia al movimiento del tren en función de factores como la velocidad, la masa y la fricción. Su modularidad permite incluir características como frenos regenerativos y sistemas de almacenamiento a bordo. Aunque estos modelos son fiables, requieren numerosos parámetros técnicos, algunos de los cuales son difíciles de obtener debido a su complejidad técnica y a la necesidad de realizar mediciones precisas.

La ecuación de Davis se amplía con frecuencia para incorporar factores como la inclinación de la vía, la resistencia aerodinámica y la fricción en curvas. Estas ampliaciones permiten crear simuladores más detallados que evalúan trayectorias específicas y condiciones operativas complejas. Algunos estudios incluyen incluso el consumo de sistemas auxiliares, como el aire acondicionado y la iluminación, lo que mejora la precisión.

Además, el modelado detallado permite tener en cuenta aspectos como la variación de la masa del tren debida a la carga de pasajeros o mercancías, así como las condiciones meteorológicas y la interacción entre trenes en redes densas. Gracias a estas mejoras, los simuladores no solo evalúan el consumo energético, sino también el impacto de distintas estrategias operativas.

Alternativas al enfoque determinista

Los modelos basados en redes neuronales (Neural Networks) y en técnicas estocásticas (Stochastic Methods) han sido menos explorados, pero ofrecen flexibilidad y pueden manejar incertidumbres como retrasos y cambios en la carga de pasajeros. Las redes neuronales permiten entrenar modelos a partir de grandes volúmenes de datos operativos, lo que les permite aprender patrones complejos que los modelos deterministas podrían pasar por alto. Sin embargo, estos métodos requieren grandes volúmenes de datos y procesos de entrenamiento complejos.

Los modelos estocásticos integran factores aleatorios, como fallos en el sistema y condiciones meteorológicas. Su uso es particularmente relevante en redes ferroviarias densas, donde las interacciones entre trenes generan escenarios difíciles de prever mediante métodos deterministas. Los estudios actuales sugieren que estas técnicas podrían aplicarse a la gestión en tiempo real de las redes ferroviarias para mejorar la eficiencia global.

Métodos de optimización

La optimización del consumo energético ferroviario implica resolver problemas complejos, desde la gestión de perfiles de velocidad hasta la distribución de tiempos de espera y la configuración de infraestructuras. Estos estudios buscan minimizar el consumo energético sin comprometer los tiempos de viaje ni la capacidad operativa.

La formulación de problemas de optimización se basa en variables como los tiempos de viaje, los perfiles de velocidad, el consumo energético y la utilización de las infraestructuras, y su enfoque varía en función de si se optimiza un solo tren o un sistema completo. Las metodologías utilizadas incluyen la optimización unidimensional, que se centra en variables individuales como, por ejemplo, minimizar el tiempo de viaje o el consumo energético, y la optimización multidimensional, que aborda simultáneamente varios factores como el tiempo, el consumo energético, los costos operativos y las emisiones contaminantes. Los problemas de optimización pueden ser estáticos, donde se consideran condiciones fijas, o dinámicos, que ajustan decisiones en tiempo real con datos operativos actualizados.

Los métodos de optimización incluyen la búsqueda directa, que evalúa todas las soluciones posibles y es adecuada para problemas simples con pocos parámetros, y el análisis de principios máximos, que obtiene soluciones exactas mediante ecuaciones matemáticas avanzadas, aunque para ello sea necesario realizar simplificaciones y hacerlos computacionalmente viables. Las metaheurísticas, inspiradas en procesos naturales, se utilizan ampliamente por su capacidad para gestionar espacios de solución complejos. Entre ellas destacan los algoritmos genéticos, que han demostrado su versatilidad y eficacia en numerosos estudios. También se emplean técnicas como la optimización por enjambre de partículas y la optimización por colonias de hormigas, que son útiles en problemas específicos como, por ejemplo, la asignación de horarios y rutas óptimas. Además, la optimización basada en aprendizaje combina aprendizaje individual y colectivo para mejorar los resultados en contextos operativos cambiantes.

Los métodos de optimización también incluyen técnicas como la programación lineal, la programación dinámica y los algoritmos híbridos, que combinan diferentes enfoques para superar las limitaciones de cada uno de ellos. Las técnicas más avanzadas integran sistemas de inteligencia artificial y algoritmos de predicción para ajustar dinámicamente los parámetros operativos.

Discusión y análisis estadístico

Un análisis estadístico muestra que los modelos deterministas predominan debido a su precisión y facilidad para incluir múltiples factores. En optimización, los algoritmos genéticos son ampliamente preferidos, aunque métodos como la optimización por enjambre de partículas han demostrado ser eficaces en ciertos problemas.

Estudios recientes sugieren la posibilidad de combinar diferentes algoritmos para cubrir todo el espacio de soluciones y abordar problemas complejos que incluyen interacciones entre múltiples trenes y redes ferroviarias completas. Estas estrategias son esenciales para implementar operaciones ferroviarias completamente autónomas y sostenibles.

Además, el uso de análisis estadísticos avanzados, como el análisis de correspondencias y el modelado predictivo, permite identificar patrones ocultos y mejorar la precisión de los modelos y algoritmos utilizados.

Conclusión

La combinación de modelos deterministas y técnicas complementarias podría mejorar la precisión de los estudios. En optimización, el desarrollo de enfoques híbridos que combinen diferentes algoritmos metaheurísticos podría suponer un gran avance en la gestión energética ferroviaria. La integración de datos en tiempo real y técnicas de aprendizaje automático (Machine Learning Techniques) podría revolucionar el campo y llevar a sistemas ferroviarios más sostenibles y eficientes.

Referencia:

MARTÍNEZ-FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA-SANCHÍS, I.; YEPES, V.; INSA-FRANCO, R. (2019). A review of modelling and optimisation methods applied to railways energy consumption. Journal of Cleaner Production, 222:153-162. DOI:10.1016/j.jclepro.2019.03.037

Os dejo la versión autor del artículo, para su consulta.

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Construcción en América Latina y el Caribe: digitalización e innovación como claves para la sostenibilidad

El sector de la construcción en América Latina y el Caribe (ALC) es uno de los pilares fundamentales de la economía regional, pero también se enfrenta a desafíos significativos en términos de sostenibilidad, productividad y digitalización.

A continuación nos hacemos eco de un informe donde se detallan las claves para transformar el sector basándose en datos, análisis de tendencias y recomendaciones prácticas. El informe lo tenéis al final de este resumen.

 

1. Introducción: importancia del sector y sus retos

El sector de la construcción genera aproximadamente 300 000 millones de dólares en América Latina y el Caribe, lo que representa el 6 % del producto interior bruto (PIB) regional y más de 20 millones de empleos directos. A nivel mundial, contribuye al 13 % del PIB y da empleo a 250 millones de personas. Sin embargo, su productividad ha crecido solo un 1 % anual en las últimas dos décadas, lo que la sitúa muy por debajo de sectores como la manufactura (3,6 %) y la agricultura (2,8 %).

El sector de la construcción es uno de los mayores consumidores de recursos naturales y contribuye significativamente al cambio climático. Según el World Green Building Council (2023):

  • Representa el 50 % del consumo global de recursos extraídos.
  • Utiliza el 15 % del agua potable mundial.
  • Es responsable del 37 % de las emisiones globales de CO₂ relacionadas con la energía.
  • Genera el 35 % de los residuos sólidos producidos anualmente en el planeta.

Además, las proyecciones indican que el sector crecerá considerablemente en los próximos años. Se estima que para 2050 aún no se ha construido el 60 % de los edificios necesarios y que el 20 % de las estructuras existentes requieren renovaciones para cumplir los objetivos de sostenibilidad y cero emisiones netas.

2. Soluciones habilitantes para la construcción sostenible

El documento identifica seis categorías fundamentales de soluciones que pueden transformar el sector hacia la sostenibilidad. Estas soluciones integran tecnologías digitales, diseño innovador, materiales sostenibles y enfoques de gestión eficientes.

  • Tecnologías digitales avanzadas: Las tecnologías digitales son esenciales para mejorar la eficiencia, la transparencia y la sostenibilidad en todas las etapas del ciclo de vida de los proyectos de construcción.
    1. Building Information Modeling (BIM): permite el diseño colaborativo de infraestructuras en un entorno digital. Sus beneficios incluyen:
      • Incremento de la productividad en un 13%.
      • Reducción de costos en un 4% y de los plazos en un 6%.
      • Automatización de procesos como la simulación de consumo energético y la evaluación de impactos climáticos.
      • Caso de éxito: en Uruguay, el uso de BIM y LEAN Construction en el proyecto CAIF Aeroparque resultó en un ahorro del 50% en tiempos de respuesta y un 63% menos en sobrecostos durante la pandemia​.
    2. Inteligencia artificial (IA): mejora la planificación, el diseño y la operación de los activos construidos. Ejemplos:
      • Simulaciones para evaluar el rendimiento energético y el comportamiento estructural ante desastres.
      • Optimización de rutas de transporte y logística en obra, reduciendo costos y emisiones.
    3. Internet de las cosas (IoT):
      • Sensores inteligentes monitorean el uso de energía, agua y recursos en tiempo real, ajustando automáticamente los sistemas para maximizar la eficiencia.
      • Aplicaciones como Building Resilience ayudan a evaluar riesgos climáticos y seleccionar ubicaciones óptimas para proyectos.
    4. Impresión 3D:
      • Permite fabricar componentes en obra o en fábricas cercanas, reduciendo los residuos y las emisiones de transporte.
      • Facilita el uso de materiales reciclados, disminuyendo la dependencia de recursos vírgenes.
    5. Blockchain:
      • Asegura la trazabilidad de materiales, verifica certificaciones ambientales y gestiona residuos con mayor transparencia.
    6. Gestión en la nube:
      • Reduce el empleo de papel, mejora la colaboración en tiempo real y almacena datos clave para optimizar la sostenibilidad.

  • Diseño sostenible: El diseño sostenible aborda el impacto ambiental desde la concepción del proyecto, empleando enfoques como el diseño bioclimático, que optimiza la orientación solar, el aislamiento térmico y la ventilación pasiva para reducir la demanda energética. Un ejemplo de ello son los edificios pasivos, que minimizan el uso de climatización activa; la eficiencia energética y la generación de energía renovable mediante paneles solares, sistemas LED y edificaciones de carbono neutro o positivas que producen más energía de la que consumen; y la flexibilidad en el diseño, con espacios modulares que se adaptan a diferentes usos y disminuyen la necesidad de futuras demoliciones.
  • Materiales sostenibles: El uso de materiales con bajas emisiones de carbono es fundamental para reducir el impacto ambiental. Entre estos materiales destacan la madera certificada, que tiene una huella de carbono negativa, es renovable, reciclable y eficiente energéticamente, y constituye una alternativa clave al hormigón en Chile, que representa el 54 % de las emisiones de carbono de un edificio; el bambú, un material resistente y de rápido crecimiento utilizado en zonas tropicales; y los materiales reciclados, que disminuyen la extracción de recursos naturales y los residuos de construcción.
  • Sistemas de construcción industrializada: La prefabricación, la construcción modular y la impresión 3D contribuyen a reducir los residuos en obra y el tiempo de construcción, y permiten finalizar las obras hasta un 50 % más rápido que con los métodos tradicionales.
  • Medición y verificación del impacto ambiental: Certificaciones como LEED, EDGE y BREEAM permiten evaluar y validar la sostenibilidad de los proyectos.
  • Enfoques de gestión eficientes: Metodologías como LEAN Construction y Advanced Work Packaging optimizan los procesos y reducen retrasos.

3. Experiencias, retos y oportunidades en Latinoamérica y el Caribe

El análisis en Brasil, Chile, Costa Rica y Uruguay revela 44 iniciativas identificadas desde 2015, la mayoría lideradas por el sector público. Entre los retos a los que se enfrentan destacan la falta de integración entre soluciones digitales y sostenibles, la baja percepción del valor económico de la sostenibilidad y los altos niveles de informalidad en el sector. Entre las buenas prácticas destacan el uso de estrategias internacionales de benchmarking, la capacitación técnica en metodologías digitales y la compra pública innovadora y ecológica para estimular la demanda de tecnologías sostenibles.

4. Claves para el futuro

Para transformar el sector, se recomiendan políticas de liderazgo público que promuevan la digitalización y la sostenibilidad, así como incentivos financieros y no financieros, como subsidios, créditos y regulaciones, para fomentar la adopción de prácticas sostenibles. También se recomienda fomentar la colaboración multisectorial mediante alianzas entre los sectores público, privado y académico para compartir conocimientos y recursos, y ofrecer programas de capacitación y educación en habilidades digitales para los trabajadores del sector.

5. Conclusión

La adopción masiva de tecnologías digitales, materiales sostenibles y enfoques innovadores puede situar a Latinoamérica y el Caribe a la vanguardia de la construcción sostenible a escala mundial. Para transformar el sector de la construcción, es necesario adoptar un enfoque holístico que combine innovación tecnológica, gestión eficiente y políticas públicas. La adopción generalizada de soluciones digitales y sostenibles no solo mejorará la productividad, sino que también reducirá el impacto ambiental, lo que hará que el sector sea más resiliente y competitivo en el contexto global.

Os dejo el siguiente documento, donde tenéis toda la información. Espero que os sea de interés.

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DANA 2024. Causas, consecuencias y soluciones

En el marco del Observatorio de la Inversión en Obra Pública, el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos celebró el 2 de diciembre de 2024, la jornada «DANA 2024: causas, consecuencias y soluciones».

Durante la sesión, se analizó el desastre natural que asoló la Comunidad Valenciana, Castilla-La Mancha y Andalucía desde un punto de vista técnico. Miguel Ángel Carrillo, presidente del Colegio, también realizó una declaración institucional sobre la DANA.

A continuación os dejo el vídeo del acto celebrado, un resumen y un mapa conceptual del mismo. Espero que os sea de interés.

Resumen detallado del vídeo: DANA 2024. Causas, consecuencias y soluciones

El vídeo analiza la jornada dedicada al desastre natural DANA 2024, un fenómeno extremo que afectó gravemente a Valencia, y explora las causas, consecuencias y posibles soluciones desde diversas perspectivas técnicas y sociales. Organizada por el Colegio de Ingenieros de Caminos, esta jornada tiene como objetivo generar conocimientos prácticos y estratégicos para prevenir y mitigar futuros desastres similares. A lo largo de la jornada, expertos en ingeniería, planificación urbana y gestión ambiental reflexionan sobre la importancia de la planificación hidrológica, la resiliencia urbana y la reconstrucción sostenible.

Introducción y contexto inicial

[00:21]
El evento comienza con una introducción realizada por el Presidente del Colegio, Miguel Ángel Carrillo, donde detallada el desastre de la DANA de 2024, consideradolo uno de los más devastadores de Valencia en el último siglo. La jornada se organizó para analizar en profundidad las causas y consecuencias de este fenómeno y proponer soluciones basadas en la experiencia y el conocimiento técnico. El Colegio de Ingenieros de Caminos resaltó la necesidad de desarrollar respuestas integrales a las tragedias y pérdidas humanas, materiales y económicas derivadas de la catástrofe. Además, se hizo hincapié en que este tipo de análisis es crucial para fortalecer la capacidad de prevención y respuesta ante fenómenos climáticos extremos, especialmente en una región como Valencia, que es particularmente vulnerable al cambio climático.

Importancia de la evaluación in situ

[41:22]
El vídeo destaca la importancia de evaluar directamente las zonas afectadas por desastres naturales. Según los expertos, estar presente en el lugar del desastre permite observar de primera mano los daños, lo que es crucial para comprender la magnitud del problema y priorizar soluciones efectivas. Javier Machí, decano de la Demarcación de Valencia, comparte su experiencia personal al inspeccionar los daños sufridos en su comunidad y describe cómo estas visitas le permitieron identificar puntos críticos que requerían intervenciones inmediatas. Asimismo, se expresa una preocupación generalizada por el riesgo de que, con el tiempo, las huellas del desastre desaparezcan sin que se hayan documentado y aprendido las lecciones esenciales. Según los expertos, este olvido limitaría la capacidad de prevenir futuros eventos similares.

Impacto de las intensas lluvias y los desbordamientos

[01:22:46]
El análisis técnico de las lluvias torrenciales que caracterizaron el evento la DANA 2024 revela cifras impactantes. Para ilustrar la magnitud de las precipitaciones, que superaron ampliamente los promedios anuales en un corto periodo de tiempo, se utilizaron mapas de isoyetas. Uno de los ejemplos más notables fue la crecida del río Ojos de Moya, que provocó graves inundaciones en localidades como Utiel y afectó al río Magro. Estos desbordamientos pusieron de manifiesto las limitaciones de las infraestructuras existentes para manejar lluvias de esta intensidad. Además, se resaltó la relación directa entre este tipo de fenómenos meteorológicos extremos y el cambio climático, lo que obliga a reconsiderar la planificación y gestión de los recursos hídricos en la región.

Renaturalización y soluciones medioambientales

[02:04:11]
Una de las soluciones propuestas durante la jornada fue la renaturalización de los cauces fluviales para mitigar el impacto de las inundaciones. Este enfoque busca restaurar el equilibrio natural de los ecosistemas fluviales, lo que no solo reduce el impacto ambiental, sino que también mejora la capacidad de desagüe en zonas críticas. Sin embargo, en áreas urbanas densamente pobladas, las limitaciones espaciales obligan a adoptar medidas más drásticas, como la reforestación estratégica y la construcción de micropresas. También se mencionó un plan implementado en 2006 que incluyó el desvío de ciertos cauces para proteger ecosistemas vulnerables. Algunos expertos señalaron que estas medidas podrían requerir sacrificar áreas agrícolas para crear corredores verdes que reduzcan el riesgo de inundaciones, lo que ha abierto un debate sobre las prioridades entre la sostenibilidad ambiental y la producción agrícola.

Organización de la jornada y reconstrucción

[02:46:17]
La jornada contó con una notable participación presencial y virtual, lo que refleja el interés público y técnico en abordar las consecuencias de la DANA de 2024. En la tercera sesión, los ponentes debatieron sobre las inversiones necesarias para la reconstrucción de las zonas afectadas, haciendo hincapié en la solidaridad con las víctimas. En esta sesión se reunieron representantes de sectores clave, como la ingeniería, la construcción y la banca, que ofrecieron perspectivas complementarias sobre cómo financiar y ejecutar proyectos de reconstrucción. También se hizo hincapié en la importancia de coordinar esfuerzos entre diferentes actores para garantizar una recuperación eficiente y sostenible que no solo repare los daños, sino que también fortalezca la resiliencia de las comunidades.

Infraestructura hidráulica y cambio climático

[03:26:58]
Se hizo hincapié en la necesidad de realizar inversiones significativas en infraestructura hidráulica para hacer frente a los desafíos que plantea el cambio climático. Según los datos presentados, solo se ejecuta actualmente el 30 % de los planes hidrológicos en España, lo que deja un amplio margen para la mejora. Los expertos hicieron hincapié en la necesidad de desarrollar un proyecto nacional que destine suficientes recursos a la protección contra inundaciones. La colaboración público-privada también se identificó como un componente clave para financiar y ejecutar proyectos complejos, como encauzamientos y presas de laminación, que son esenciales para proteger a las comunidades en riesgo.

Planificación hidrológica y ordenación territorial

[04:08:21]
En este segmento, se destacó que una de las lecciones más importantes de la DANA 2024 es la necesidad de una planificación hidrológica y una ordenación territorial más efectivas. En una mesa redonda, expertos analizaron las causas y consecuencias del desastre, así como las acciones necesarias para la reconstrucción. Los ponentes hicieron hincapié en que, además de reparar las infraestructuras dañadas, es fundamental planificar a largo plazo para prevenir desastres futuros. Se debatió sobre cómo la ingeniería, en combinación con una ordenación territorial adecuada, puede reducir significativamente los riesgos asociados a fenómenos extremos.

Resiliencia urbana y gestión estratégica

[04:49:46]
La jornada concluyó con un análisis sobre la importancia de la resiliencia urbana en la gestión del territorio. Este concepto, que implica la capacidad de las ciudades para adaptarse y recuperarse de los desastres, se ha convertido en una prioridad global. Se mencionó el caso de Barcelona, que forma parte de una red internacional de ciudades resilientes y constituye un ejemplo de buenas prácticas. También se reflexionó sobre el Plan Sur, una ley que inicialmente buscaba coordinar estrategias urbanas en España, pero que ha perdido impulso en los últimos años. Los expertos hicieron un llamamiento para adoptar una visión integral y a largo plazo que permita a las ciudades hacer frente a los desafíos del cambio climático, al tiempo que se fomenta la responsabilidad ciudadana en la gestión del territorio.

Conclusión general

El vídeo destaca que la DANA 2024 no solo es una tragedia climática, sino también una oportunidad para reflexionar y actuar. Las propuestas abarcan desde soluciones técnicas, como la renaturalización y mejora de infraestructuras, hasta enfoques estratégicos, como la planificación hidrológica y el fortalecimiento de la resiliencia urbana. Los expertos coinciden en que hacer frente al cambio climático requerirá un esfuerzo conjunto, inversiones significativas y un compromiso político y social continuado.

A continuación os dejo un mapa conceptual del contenido del vídeo.

 

El programa completo del acto fue el siguiente:

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Evaluación de la vulnerabilidad urbana desde la perspectiva de la planificación estratégica

Destrucción causada por la DANA del 29 de octubre de 2024 en Valencia. https://www.iagua.es/blogs/jose-maria-bodoque/como-mejorar-gestion-riesgo-zonas-afectadas-dana-evitar-catastrofe

La evaluación de la vulnerabilidad urbana (EVA) se ha convertido en una herramienta esencial para la gestión de riesgos y la planificación estratégica de ciudades sostenibles. Un artículo publicado en el Journal of Cleaner Production describe los avances en este campo, abordando las metodologías más avanzadas, las líneas de investigación prioritarias y sus implicaciones para la práctica y la formulación de políticas. Este informe desglosa los hallazgos principales y resalta su impacto práctico y las aportaciones metodológicas. Destacamos la importancia de este trabajo, relacionado directamente con el desastre provocado por la DANA en Valencia, el 29 de octubre de 2024.

El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

¿Qué es la vulnerabilidad urbana y por qué evaluarla?

La vulnerabilidad urbana mide la susceptibilidad de las ciudades a impactos negativos como desastres naturales, cambios climáticos, fallos en la infraestructura y crisis sociales. Según el artículo, la vulnerabilidad de un sistema urbano depende de:

  • Exposición: Grado en que el sistema está sujeto a una amenaza.
  • Sensibilidad: Capacidad del sistema para ser afectado negativamente.
  • Capacidad adaptativa: Habilidad para responder y recuperarse de las amenazas.

La Evaluación de Vulnerabilidad Urbana (EVA) tiene como objetivo identificar estos factores para informar sobre la toma de decisiones en el ámbito de la planificación estratégica, orientando las acciones hacia la resiliencia y la sostenibilidad urbana.

Relación con la Planificación Estratégica Urbana (USP)

La planificación estratégica urbana, basada en enfoques que evolucionan desde la predicción y el control hacia la adaptabilidad y la inclusión, proporciona un marco idóneo para integrar la EVA. Ambas disciplinas comparten desafíos como la incertidumbre, la necesidad de enfoques multidimensionales y la participación de actores clave.

Evolución y marco conceptual

Tres etapas en la evolución de la EVA

El artículo traza la evolución de la EVA a través de tres etapas fundamentales:

  1. Etapa predictiva: Los métodos iniciales se enfocaban en evaluar impactos utilizando modelos simples y lineales. Estos se limitaban a prever riesgos y sugerir respuestas reactivas.
  2. Etapa de vulnerabilidad: Incorporó conceptos de capacidad adaptativa y sensibilidad. Comenzó a incluir enfoques más integrales que consideraban aspectos socioeconómicos y biológicos.
  3. Etapa adaptativa: Introduce una visión dinámica, aceptando la incertidumbre y adoptando estrategias que respondan a cambios continuos. Esta etapa se centra en la planificación adaptativa y el manejo de riesgos en múltiples escenarios.

Marco conceptual para la EVA

El análisis del artículo se estructura en torno a atributos genéricos y de investigación, que permiten categorizar y evaluar los métodos de EVA:

  • Atributos genéricos:
    1. Abordaje: Clasificado en biológico, social e integral. Este último combina ambos factores, proporcionando una evaluación más holística.
    2. Estímulos: Incluyen amenazas como terremotos, inundaciones y fallas de infraestructura, clasificadas como de primer o segundo orden según su origen.
    3. Etapa de desarrollo: Impacto (diagnóstico inicial), vulnerabilidad (caracterización de capacidades) o adaptación (formulación de estrategias adaptativas).
  • Atributos de investigación:
    1. Robustez: Habilidad del modelo para manejar incertidumbre.
    2. Procesos participativos: Incorporación de opiniones y experiencias de múltiples actores.
    3. Multiescala: Integración de diferentes niveles de análisis.
    4. Naturaleza dinámica: Consideración del cambio en el tiempo y el contexto.
    5. Capacidad multiobjetivo: Evaluación de múltiples intereses y conflictos.
    6. Enfoques cognitivos: Identificación de relaciones causa-efecto y apoyo al aprendizaje en la toma de decisiones.

Metodología aplicada en el análisis

El artículo utiliza una metodología sistemática en cuatro pasos para identificar y analizar métodos EVA:

  1. Búsqueda exhaustiva: En bases de datos como Scopus y Web of Science, enfocándose en estudios recientes (a partir de 2010).
  2. Revisión por contenido: Identificación de trabajos relevantes que incluyan métodos novedosos de EVA.
  3. Categorización: Clasificación según atributos genéricos y de investigación.
  4. Análisis cuantitativo: Uso de herramientas estadísticas para evaluar tendencias, correlaciones y vacíos en la investigación.

De los 65 estudios seleccionados, la mayoría se encuentra en la etapa de vulnerabilidad, lo que refleja una transición hacia enfoques más integrales y adaptativos.

Hallazgos principales

Los estudios actuales muestran un predominio de métodos integrales que combinan factores biológicos y sociales (35 %), superando a los enfoques exclusivamente biológicos (34 %) y sociales (31 %), lo que permite evaluaciones más precisas para la toma de decisiones. El atributo más investigado es la robustez (33 %), lo que refleja la prioridad de gestionar la incertidumbre y mejorar la fiabilidad de los resultados. Sin embargo, la participación ciudadana, que es fundamental para integrar las perspectivas sociales, está poco desarrollada (22 %), mientras que las dimensiones multiescalares y dinámicas, que son esenciales para entender la complejidad urbana, reciben poca atención (6 %).

Relación entre atributos y estímulos

Los métodos EVA se centran principalmente en amenazas naturales como terremotos (34 %) e inundaciones (24 %). Estas categorías tienen mayor presencia en enfoques biológicos e integrales, mientras que los estímulos sociales y relacionados con infraestructuras están menos representados.

Impacto de los enfoques integrales

Los enfoques integrales son eficaces para avanzar hacia etapas adaptativas. En el caso de los fallos de infraestructura, combinar simulaciones con análisis socioeconómicos permite identificar vulnerabilidades críticas y proponer soluciones integradas. En casos de inundaciones, los modelos de robustez y el análisis de participación comunitaria refuerzan la legitimidad de las estrategias adaptativas.

Implicaciones prácticas

Política y planificación

  1. Desarrollo de infraestructuras resilientes: Incorporar resultados de EVA en la planificación de sistemas urbanos adaptativos y flexibles.
  2. Participación comunitaria: Diseñar procesos inclusivos que canalicen las perspectivas ciudadanas hacia decisiones legítimas y eficaces.
  3. Integración de escalas: Conectar análisis locales con dinámicas regionales y globales, fomentando la coherencia entre niveles de planificación.

Investigación y tecnología

  1. Mejora de modelos de robustez: Implementar técnicas avanzadas como redes complejas y análisis de Monte Carlo.
  2. Promoción de métodos multiobjetivo: Usar enfoques heurísticos y de optimización para equilibrar múltiples intereses.
  3. Fomento de enfoques dinámicos: Incluir simulaciones basadas en el tiempo para anticipar cambios en la vulnerabilidad.

Conclusión

La evaluación de la vulnerabilidad urbana ha progresado significativamente hacia enfoques integrales y adaptativos, pero persisten desafíos, especialmente en lo que respecta a la participación ciudadana, la multiescala y la naturaleza dinámica. Los métodos EVA son fundamentales para abordar la complejidad de la planificación urbana en un mundo cada vez más incierto. El artículo destaca que la inversión en investigación interdisciplinaria y tecnología puede acelerar la transición hacia ciudades más resilientes y sostenibles.

Referencia:

SALAS, J.; YEPES, V. (2018). Urban vulnerability assessment: Advances from the strategic planning outlook. Journal of Cleaner Production, 179:544-558. DOI:10.1016/j.jclepro.2018.01.088

Os paso la versión autor del artículo completo, por si os interesa leerlo.

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Qué es una campaña geotécnica y su relevancia en proyectos de ingeniería

Una campaña geotécnica consiste en un conjunto de actividades y estudios técnicos destinados a caracterizar el subsuelo, identificar las propiedades geológicas y geotécnicas relevantes, detectar posibles problemas y garantizar la viabilidad técnica y la seguridad de las obras. Incluye prospecciones (sondeos, calicatas, ensayos), análisis de materiales y condiciones del terreno, que sirven de apoyo a la toma de decisiones en el diseño y construcción. Estas campañas son fundamentales para garantizar la viabilidad técnica, la seguridad y la sostenibilidad de los proyectos, y también para minimizar riesgos y optimizar costes.

En este artículo, profundizaremos en qué consiste una campaña geotécnica, cómo se lleva a cabo y por qué es relevante ejecutarla correctamente en cualquier proyecto de construcción.

El terreno como protagonista en la ingeniería

El terreno es un elemento crucial en cualquier obra. Un conocimiento inadecuado de sus características puede derivar en problemas como asentamientos diferenciales, deslizamientos, licuefacción o incluso colapsos estructurales. Por ello, las campañas geotécnicas son cruciales para diseñar cimentaciones y estructuras adaptadas a las condiciones específicas de cada emplazamiento.

Estas investigaciones se sustentan en tres pilares esenciales:

  1. Experiencia técnica: es indispensable contar con especialistas capaces de identificar las propiedades del terreno, evaluar riesgos y diseñar soluciones personalizadas.
  2. Calidad de ejecución: desde el alcance del estudio hasta la supervisión de campo, cada etapa debe garantizar la precisión de los resultados.
  3. Normativa y seguridad: el cumplimiento de marcos regulatorios, como el Código Técnico de la Edificación (CTE) y la Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera, garantiza que las soluciones sean técnicamente adecuadas y cumplan con los estándares establecidos.

Objetivos y beneficios de las campañas geotécnicas

El objetivo principal de una campaña geotécnica es caracterizar el terreno para poder diseñar soluciones constructivas seguras y eficientes. Entre sus ventajas más destacadas se encuentran:

  • Garantía de seguridad: la identificación de riesgos geotécnicos evita desastres que puedan afectar a personas y estructuras.
  • Optimización de costes: aunque a menudo se perciben como un coste adicional, estas campañas permiten prevenir gastos futuros en reparaciones o rediseños.
  • Diseño adaptado: permite elegir los métodos constructivos más adecuados en función de las características del suelo y de las cargas de la estructura.
  • Mitigación de impactos ambientales y legales: al considerar el entorno y posibles restricciones, se minimizan conflictos y se garantiza la sostenibilidad del proyecto.

Etapas de una campaña geotécnica

1. Recopilación de información previa

Antes de llevar a cabo estudios de campo, es crucial recopilar datos relevantes sobre la zona. Esto incluye:

  • Planos topográficos: proporcionan una visión detallada del terreno.
  • Mapas geológicos: permiten identificar características estratigráficas y litológicas.
  • Historial de uso del terreno: puede revelar posibles riesgos, como rellenos no compactados o estructuras enterradas.
  • Normativa aplicable: por ejemplo, el Eurocódigo 7 sobre diseño geotécnico.

2. Reconocimientos de campo

Los reconocimientos de campo son el núcleo de una campaña geotécnica. Algunas de las técnicas más comunes son:

  • Sondeos mecánicos: Perforaciones para extraer muestras y analizar la estratigrafía del terreno.
  • Ensayos de penetración (SPT, CPT): Evalúan la resistencia del terreno mediante penetraciones controladas.
  • Calicatas y rozas: Excavaciones superficiales para observar directamente las capas del suelo.
  • Ensayos geofísicos: Métodos no invasivos, como sísmica de refracción, para obtener una visión global del subsuelo.
  • Estudios hidrogeológicos: Determinan la posición y características del agua subterránea, que influye en la estabilidad y resistencia del suelo.

Profundidades recomendadas:

  • Para cimentaciones superficiales, al menos 1,5 veces el ancho proyectado de la cimentación.
  • Para cimentaciones profundas (pilotes): a una profundidad mínima de 6 metros por debajo de la punta del pilote.

3. Análisis en laboratorio

Las muestras recolectadas se someten a análisis detallados para determinar:

  • Granulometría y plasticidad: identificación del tipo de suelo y su comportamiento bajo carga.
  • Resistencia y deformabilidad: ensayos triaxiales y edométricos.
  • Permeabilidad: evaluación de la capacidad del terreno para drenar agua.

4. Interpretación y diseño geotécnico

Con los datos recopilados, los ingenieros crean modelos y realizan cálculos para encontrar soluciones óptimas para las cimentaciones y las estructuras. Este proceso incluye:

— Selección del modelo de cálculo adecuado.
— Definición de parámetros de seguridad según la normativa.
— Ajustes según observaciones durante la ejecución.

Importancia de una correcta planificación

  • Construcción de un puente: En un cauce fluvial, por ejemplo, se pueden detectar suelos aluviales inestables, por lo que será necesario diseñar pilotes profundos para evitar asentamientos diferenciales. Por este motivo, se diseñaron pilotes profundos para evitar asentamientos diferenciales.
  • Proyecto de viviendas: Un caso en el que una zona había sido un vertedero, los estudios geotécnicos identifican rellenos inadecuados. La solución puede ser retirar los rellenos inadecuados y compactar el terreno con materiales adecuados.

Desafíos comunes:

  • Limitaciones presupuestarias: reducir la intensidad de los estudios puede ocasionar problemas graves durante la construcción.
  • Condiciones complejas: la heterogeneidad del terreno o la ubicación en zonas sísmicas requieren investigaciones más exhaustivas.
  • Falta de datos previos: la ausencia de estudios anteriores puede complicar la fase inicial de planificación.

Herramientas y normativas clave

  • Software especializado: Programas como Plaxis o GeoStudio permiten modelar comportamientos del terreno y simular condiciones críticas.
  • Normativa aplicable:
    • Código Técnico de la Edificación (CTE): Proporciona directrices para reconocer y mitigar riesgos.
    • Guía de Cimentaciones en Obras de Carretera: Define protocolos para infraestructuras viales.

Conclusión

Las campañas geotécnicas son mucho más que un paso previo en la construcción: son la base sobre la que se asienta la seguridad, la viabilidad y la sostenibilidad de cualquier proyecto. Al identificar riesgos, garantizar diseños óptimos y cumplir con normativas, estas investigaciones se convierten en una inversión estratégica que previene problemas futuros.

En un entorno cada vez más desafiante para la ingeniería, realizar campañas geotécnicas no solo es una práctica recomendada, sino esencial para asegurar el éxito de cualquier obra.

A continuación dejamos un documento que proporciona recomendaciones técnicas detalladas sobre la campaña geotécnica en proyectos de infraestructura vial para la Dirección General de Carreteras, con el objetivo de establecer criterios uniformes y seguros para la investigación del subsuelo durante las diferentes etapas de desarrollo de un proyecto.

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Os dejo también un vídeo al respecto. Espero que os sea de interés.

 

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Qué es una presa. “La via verda”, À Punt

En el programa «La via verda», de la televisión autonómica valenciana À Punt, intervine para explicar qué es una presa, sus características y su efecto laminador en caso de una avenida. Aquí dejo un pequeño resumen del vídeo, que también dejo al final para su visualización completa.

El vídeo de este programa aborda la importancia de las presas de Forata y Buseo durante el episodio de lluvias torrenciales ocurrido en la provincia de Valencia el 29 de octubre de 2024. Se explica cómo estas presas alcanzaron su capacidad máxima y tuvieron que liberar agua de manera controlada. Se proporcionan datos específicos sobre los caudales de entrada y salida, así como sobre la capacidad de almacenamiento de las presas. También se destaca el papel crucial de las presas en la reducción de las crecidas y la mitigación de las inundaciones, y se explica cómo han ayudado a evitar daños potenciales aguas abajo.

Papel fundamental de las presas durante episodios de lluvias torrenciales

Las presas son fundamentales para regular el agua, especialmente en situaciones críticas como lluvias torrenciales. Su capacidad para manejar grandes volúmenes de agua permite reducir significativamente el riesgo de desbordamientos e inundaciones y proteger las zonas cercanas. Estas infraestructuras pueden manejar caudales extremos y minimizar el impacto negativo en las zonas inundables.

Funcionamiento y contribución durante inundaciones

Las presas de una cuenca hidrográfica cumplen funciones clave, como el almacenamiento de agua y la regulación del flujo durante las lluvias intensas. Cuando se producen precipitaciones torrenciales, estas estructuras aumentan su capacidad operativa para evitar desbordamientos y proteger las zonas situadas aguas abajo. Además de suministrar agua para consumo humano y actividades agrícolas, las presas actúan como barreras contra las inundaciones, lo que demuestra su valor multifuncional en la gestión hídrica.

Reducción de zonas inundables y el efecto laminador

Una de las funciones más destacadas de las presas es su capacidad para regular el flujo de agua en función de las precipitaciones, lo que reduce el impacto de las inundaciones. Este efecto laminador reduce el caudal de agua que fluye hacia las zonas urbanas y rurales, lo que disminuye significativamente las zonas inundables. Además, la capacidad de almacenamiento de estas infraestructuras permite gestionar mejor las aguas torrenciales y evitar así daños mayores en las comunidades.

Desafíos y necesidad de adaptación ante el cambio climático

Aunque las presas han demostrado su eficacia para prevenir desastres, también entrañan riesgos si no se gestionan adecuadamente. Un fallo en una presa podría tener consecuencias catastróficas, donde se ha comparado el impacto potencial con el de un tsunami. Esto pone de manifiesto la importancia de contar con un sistema de planificación y evacuación adecuado para proteger a la población en caso de emergencias.

En un contexto de cambios climáticos extremos, con sequías severas y lluvias torrenciales alternándose, es crucial reevaluar y adaptar el uso de las presas. La planificación y el mantenimiento de estas infraestructuras deben centrarse en garantizar su resiliencia frente a condiciones climáticas variables para asegurar que sigan cumpliendo su función de manera efectiva y segura.

El vídeo del programa lo tenéis aquí. Aunque está en valenciano, mis intervenciones son en castellano. Espero que os sea de interés.

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Innovación en puentes de gran escala: optimización 3D y sostenibilidad mediante análisis acoplado de elementos finitos

Un artículo reciente publicado en la revista Structures, del primer cuartil del JCR, presenta un enfoque innovador de optimización estructural acoplada con el fin de mejorar la sostenibilidad y la eficiencia en la construcción de puentes hiperestáticos de gran escala. Este trabajo, titulado «Three-dimensional finite element-coupled optimisation assessment of extra-large bridges», se centra en el diseño de puentes con doble torre y cableado, y presenta un modelo de optimización estructural que integra métodos matemáticos avanzados, simulaciones de elementos finitos y un análisis detallado de variables aleatorias. Esta investigación constituye un importante avance en la búsqueda de métodos sostenibles que minimicen la huella medioambiental del sector de la construcción y contribuyan a los objetivos de desarrollo sostenible en ingeniería civil.

Esta trabajo, llevado a cabo por un equipo de expertos de la Universidad de Ciencia e Ingeniería de Hunan (China) y de la Universitat Politècnica de València (España), se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Contexto de la investigación: la construcción sostenible y sus retos

La construcción es una de las industrias con mayor impacto ambiental a nivel mundial, ya que genera el 33 % de las emisiones de carbono y es un gran consumidor de agua y energía. En particular, el diseño y construcción de grandes infraestructuras, como puentes, requiere de grandes cantidades de recursos y genera altos niveles de emisiones de gases contaminantes debido al uso extensivo de materiales como el hormigón armado y el acero. Frente a este desafío, el estudio propone un enfoque para optimizar el diseño de puentes hiperestáticos y promover prácticas de construcción sostenibles mediante el uso de herramientas avanzadas de optimización.

Objetivos de la investigación

El objetivo principal del artículo es reducir el consumo de materiales y optimizar el diseño estructural de puentes con múltiples torres y sistemas de cableado, como los puentes atirantados de doble torre. Dicha optimización incluye la implementación de una metodología que integra diversas herramientas matemáticas y de simulación, como modelos de microestructura reticulada y métodos estadísticos para gestionar las variables aleatorias que influyen en el comportamiento estructural de los puentes.

Entre los objetivos específicos del estudio destacan:

  1. Desarrollar un modelo que permita la optimización topológica en 3D de puentes hiperestáticos.
  2. Reducir el impacto ambiental mediante el uso eficiente de materiales.
  3. Mejorar la estabilidad y el rendimiento estructural de estos puentes en condiciones de carga complejas.
  4. Proporcionar un marco teórico para futuras investigaciones sobre la optimización de grandes infraestructuras.

Metodología:

El enfoque metodológico del estudio integra varios modelos teóricos y herramientas de simulación estructural, entre las que se incluyen:

  1. Modelo de optimización: La investigación utiliza un modelo de optimización para el diseño estructural de puentes. Este modelo se basa en la disposición de microelementos en una red tridimensional para optimizar el uso de materiales y la capacidad estructural. Este enfoque permite controlar la densidad y distribución del material en áreas específicas de la estructura, como las torres y los cables del puente, donde las cargas y tensiones son mayores.
  2. Optimización estadística de variables discretas: Las estructuras de puentes están sujetas a fuerzas externas e imprevistos, como fluctuaciones en la velocidad del viento o cambios en la carga de vehículos. Para hacer frente a esta incertidumbre, el estudio implementa un modelo matemático basado en la estadística de variables discretas. Este modelo incorpora métodos de perturbación para evaluar el comportamiento de las variables aleatorias y su influencia en la estructura, garantizando así una mayor estabilidad y precisión en el diseño.
  3. Convergencia y estabilidad estructural: Uno de los mayores retos en la optimización de estructuras complejas es garantizar la estabilidad bajo condiciones no lineales. Zhou et al. utilizan técnicas avanzadas de resolución de ecuaciones no lineales y una combinación de diferencias finitas con métodos característicos. Este enfoque permite alcanzar soluciones precisas y asegurar que la estructura mantenga su integridad ante cargas variables.

Estudio de caso: Puente Nan Ao Da

Para validar su enfoque, los autores realizaron un análisis detallado del puente Nan Ao Da (NADB) en la provincia de Cantón, en el sur de China. Este puente atirantado, que tiene una longitud total de 9341 metros y una configuración de doble torre, es un caso de estudio ideal para aplicar la metodología de optimización propuesta. El estudio abarcó varios aspectos clave:

  1. Cargas estructurales y condiciones de diseño: El diseño del NADB tiene en cuenta múltiples tipos de carga, como el peso estructural, la presión del viento y las cargas vehiculares. Para optimizar la estructura, se realizaron cálculos de elementos finitos en secciones específicas del puente. La simulación modeló factores como la gravedad, la presión del viento a diferentes alturas y los efectos de las cargas en los cables de suspensión, lo que permitió comprender completamente la distribución de fuerzas en la estructura.
  2. Simulación y análisis de elementos finitos: La simulación de elementos finitos en el NADB implicó dividir la estructura en más de 79 000 elementos, lo que permitió realizar cálculos detallados de tensiones y desplazamientos en diversas partes del puente. La metodología incluyó la evaluación de 122 puntos de monitorización distribuidos en la estructura para analizar cómo las fuerzas y los desplazamientos afectaban a los elementos críticos de esta. Los resultados identificaron áreas de alta tensión, particularmente en las torres y los cables de soporte, que se optimizaron para reducir el uso de material sin comprometer la seguridad.
  3. Optimización de materiales y reducción de volumen: Mediante la optimización topológica, se logró reducir el volumen de materiales de las principales secciones del puente en un 2 %. Esta reducción no solo mejora la estabilidad estructural, sino que también reduce significativamente el peso total y el coste de construcción. Además, el ahorro de materiales implica una disminución de las emisiones de carbono y otros contaminantes.
Nan’ao Bridge

Resultados: impacto estructural y ambiental

La implementación de la optimización topológica en el NADB generó resultados significativos en términos estructurales y ambientales:

  1. Mejora en la estabilidad estructural: La reducción de material se logró al optimizar las áreas de mayor carga, como las torres y los cables, lo que resultó en una distribución de tensiones más eficiente. Los análisis de sensibilidad indicaron que, tras la optimización, las áreas de mayor energía interna se concentraban en los elementos de soporte, lo que facilitaba una transmisión de energía más efectiva y aseguraba la estabilidad estructural.
  2. Reducción de emisiones y eficiencia ambiental: Se realizó un análisis del ciclo de vida del puente optimizado utilizando el software OpenLCA y la base de datos Ecoinvent. Los resultados mostraron una reducción del 3,76 % en emisiones totales, así como disminuciones del 6,32 % en acidificación, eutrofización y generación de polvo atmosférico. Estos logros están alineados con los objetivos de sostenibilidad global y demuestran el potencial de la optimización estructural para reducir el impacto ambiental de la construcción..
  3. Ahorro económico: Desde una perspectiva económica, la reducción del uso de materiales se tradujo en un ahorro de 1,7 millones de yuanes chinos (CNY) en el coste de construcción del puente. Este ahorro económico refuerza la viabilidad de la optimización topológica como un método eficiente y rentable para proyectos de infraestructura de gran escala.

Discusión: implicaciones para el diseño y construcción de puentes

El análisis de optimización topológica aplicado al puente NADB subraya la importancia de integrar técnicas avanzadas de modelado en la ingeniería de grandes infraestructuras. Además de mejorar la eficiencia estructural, esta metodología ofrece una solución viable para alcanzar la sostenibilidad en la construcción, ya que reduce los costes y el impacto ambiental de los proyectos.

  1. Aplicaciones potenciales en otros proyectos: Los principios y métodos empleados en este estudio pueden aplicarse a otros tipos de estructuras hiperestáticas, como viaductos y puentes multipórtico. Esta flexibilidad demuestra la versatilidad del modelo y su capacidad para adaptarse a diversos contextos estructurales.
  2. Retos en la implementación práctica: Sin embargo, el artículo también reconoce importantes desafíos, especialmente en la modelación de estructuras bajo condiciones de carga combinada. Los autores sugieren que futuras investigaciones deberían explorar la integración de técnicas de inteligencia artificial y algoritmos de optimización avanzada para gestionar de forma más precisa las variables aleatorias y optimizar aún más la distribución de materiales.

Conclusiones

La investigación ofrece un enfoque completo para la optimización acoplada de puentes hiperestáticos en tres dimensiones. Los resultados de este estudio tienen importantes implicaciones para el desarrollo sostenible de la infraestructura y la construcción de grandes puentes, ya que demuestran que es posible reducir el uso de materiales y el impacto ambiental sin comprometer la estabilidad estructural. Las contribuciones clave del artículo son las siguientes:

  1. Un marco teórico sólido para la optimización acoplada en 3D, que permite mejorar la sostenibilidad de grandes infraestructuras.
  2. Un enfoque práctico  para reducir emisiones y ahorrar materiales mediante la optimización de elementos finitos y técnicas de modelado avanzadas..
  3. Un modelo aplicable a futuros proyectos de infraestructura que proporciona una base para el diseño de puentes de gran escala más eficientes y respetuosos con el medio ambiente.

El artículo sugiere que la investigación futura debería centrarse en desarrollar métodos de optimización inteligentes para el mantenimiento y la operación de estructuras complejas. La combinación de técnicas de inteligencia artificial y modelado predictivo podría revolucionar la construcción y el diseño de puentes, al tiempo que promovería prácticas de ingeniería sostenibles y rentables.

Referencia:

ZHOU, Z.; LIANG, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Three-dimensional finite element coupled optimization assessment of extra-large bridges. Structures, 70:107743. DOI:10.1016/j.istruc.2024.107743

Este artículo se puede descargar gratuitamente hasta el próximo 2 de enero de 2025 accediendo directamente al siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1k5YY8MoIH2dmK

También dejo un vídeo sobre el puente al que se hace mención en el artículo.

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