Categoría: ingeniería

Introducción a las crecidas en ingeniería hidráulica

Las crecidas son fenómenos hidrológicos complejos que tienen un impacto significativo en las áreas naturales y urbanas. Comprender los factores que influyen en las crecidas y saber cómo predecirlas es crucial para el diseño de infraestructuras hidráulicas y para la planificación de la gestión de los recursos hídricos. En este artículo se explica en detalle qué son las crecidas, cómo se caracterizan mediante el hidrograma de crecida, las fases del proceso y los métodos avanzados de cálculo y modelización.

1. Definición y clasificación de las crecidas

Una crecida es el aumento brusco del caudal de un río o arroyo, generalmente debido a una gran cantidad de agua que llega al cauce en un periodo de tiempo corto, provocada por lluvias intensas o el deshielo de grandes acumulaciones de nieve. Este incremento del caudal puede provocar el desbordamiento del río y causar inundaciones en las áreas aledañas.

Clasificación de las crecidas

Las crecidas se pueden clasificar según diversos criterios:

  1. Crecidas fluviales: Son aquellas que se producen en grandes ríos y se deben a la acumulación de agua de precipitación en toda la cuenca. Suelen ser eventos de larga duración.
  2. Crecidas urbanas: Son más comunes en áreas urbanizadas, donde la impermeabilización del suelo limita la infiltración y aumenta la escorrentía superficial. Las crecidas urbanas tienden a ocurrir con rapidez y pueden provocar graves inundaciones.
  3. Crecidas repentinas: Conocidas también como flash floods, ocurren con rapidez en zonas de cuencas pequeñas y de gran pendiente. Se producen cuando una lluvia intensa y breve genera una escorrentía rápida hacia el cauce.
  4. Crecidas por deshielo: Frecuentes en zonas montañosas y frías, son causadas por el derretimiento acelerado de la nieve y el hielo, que aportan grandes volúmenes de agua a los ríos.

 

2. Factores que determinan una crecida

Las crecidas dependen de una combinación de factores físicos y meteorológicos que determinan el volumen y la velocidad del flujo de agua. Los factores más importantes son los siguientes:

  • Intensidad y duración de la precipitación: La cantidad de agua caída y su duración son determinantes. Una precipitación de alta intensidad y corta duración puede ser suficiente para causar una crecida repentina.
  • Área de la cuenca: Las cuencas grandes tienden a acumular agua lentamente, mientras que en las cuencas pequeñas el tiempo de respuesta es más rápido y las crecidas ocurren con mayor rapidez.
  • Pendiente de la cuenca: La pendiente influye en la velocidad de desplazamiento del agua. Las cuencas de alta pendiente generan crecidas rápidas, mientras que en las pendientes suaves el agua fluye más despacio.
  • Cobertura del suelo y tipo de vegetación: La vegetación ayuda a interceptar la lluvia, lo que aumenta la infiltración y reduce la escorrentía. En zonas deforestadas o urbanizadas, la escorrentía es mayor, lo que incrementa la posibilidad de crecidas.

3. El hidrograma de crecida: análisis y componentes

El hidrograma de crecida es una representación gráfica que muestra la variación del caudal de un río o corriente a lo largo del tiempo durante una crecida. Este gráfico permite analizar el comportamiento de la crecida desde el inicio de la precipitación hasta el retorno del caudal a niveles normales.

Componentes del hidrograma

  1. Crecida: La fase de ascenso en el hidrograma, en la que el caudal aumenta rápidamente debido al aporte de la escorrentía superficial.
  2. Caudal pico: El punto máximo de caudal en el hidrograma, que indica el momento de mayor flujo de agua en el cauce.
  3. Descenso: La fase de reducción del caudal después de alcanzar el pico, en la que el flujo disminuye gradualmente.
  4. Tiempo al pico (tp): El tiempo que transcurre desde el inicio de la crecida hasta alcanzar el caudal máximo. Este parámetro es clave para dimensionar estructuras de protección y prever los tiempos de reacción.
De FerranTatachan – Trabajo propio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4480943

Parámetros característicos del hidrograma

Además de los componentes, existen parámetros característicos que ayudan a comprender mejor el comportamiento de la crecida:

  • Tiempo de concentración (tc): Es el tiempo máximo que tarda el agua en llegar desde el punto más lejano de la cuenca hasta el cauce principal. Este tiempo es esencial para estimar el caudal máximo.
  • Tiempo de base (tb): Es el intervalo total que dura la crecida, desde el inicio de la subida del caudal hasta que regresa a su nivel base.

4. Fases de la crecida: procesos hidrológicos

Las crecidas pasan por varias fases, cada una con características hidrológicas distintas.

  • Producción de escorrentía: La fase inicial de una crecida se produce cuando la precipitación supera la capacidad de infiltración del suelo, lo que genera escorrentía superficial. Las abstracciones iniciales son mínimas en eventos extremos, por lo que casi toda la lluvia contribuye al flujo hacia el cauce.
  • Traslación y propagación en laderas: Una vez generada, el agua se desplaza por las laderas hasta alcanzar los canales de drenaje o el río. Este proceso de traslado es más importante en cuencas pequeñas, donde el agua fluye directamente por el terreno inclinado y puede llegar con rapidez al cauce.
  • Fase fluvial y almacenamiento: En la fase fluvial, el agua se desplaza por el cauce del río. En esta fase, el caudal puede atenuarse al encontrar embalses o zonas de almacenamiento temporal. Este amortiguamiento suaviza el hidrograma, reduciendo el pico de caudal y extendiendo la duración de la crecida.

5. Modelos de propagación de crecidas

Los modelos de propagación de crecidas permiten predecir cómo se desplazará el caudal de un río o cuenca después de una lluvia intensa. Existen diferentes tipos de modelos en función del nivel de detalle en la simulación:

  • Modelos agregados: Consideran la cuenca como una sola unidad y simplifican los procesos hidrológicos, aplicando valores promedio para la infiltración, la escorrentía y otros factores.
  • Modelos pseudo-distribuidos: Dividen la cuenca en subcuencas y simulan cada una de ellas de manera independiente, lo que permite una mejor aproximación de la variabilidad espacial.
  • Modelos distribuidos: Dividen la cuenca en celdas de análisis que representan zonas pequeñas. Este tipo de modelo simula los procesos hidrológicos en cada celda, lo que resulta en una mayor precisión.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

Modelos matemáticos de propagación

Los modelos matemáticos se utilizan para resolver ecuaciones que describen el movimiento del flujo de agua en la cuenca. Algunos de los modelos más comunes son:

  • Ecuaciones de Saint-Venant: Se emplean en la fase fluvial de la propagación y son aplicables en cauces con flujo permanente. Estas ecuaciones describen la variación del caudal y de la altura del agua en función del tiempo y de la distancia en el cauce.
  • Teoría de la Onda Cinética: Se utiliza en la fase de escorrentía superficial en laderas inclinadas. Este modelo calcula la velocidad del flujo en función de la pendiente y la intensidad de la lluvia.

6. Métodos de cálculo de caudales en crecidas

Para el cálculo del caudal máximo en crecidas, se emplean métodos específicos que simplifican el comportamiento de la escorrentía en cuencas pequeñas o medianas. Los métodos más comunes son:

6.1. Método Racional

El Método Racional es uno de los métodos más usados en ingeniería para estimar el caudal máximo de crecida en cuencas pequeñas. Este método utiliza la siguiente ecuación:

Q = C · I · A

donde:

  • Q: Caudal pico (m³/s),
  • C: Coeficiente de escorrentía, que depende del tipo de suelo y la cobertura vegetal,
  • I: Intensidad de la lluvia (mm/h) obtenida de curvas IDF,
  • A: Área de la cuenca (km²).

6.2. Método de Témez

El Método de Témez es una adaptación del método racional que incluye factores adicionales, como el coeficiente de reducción areal y el tiempo de concentración de la cuenca. Este método se usa en cuencas pequeñas y medianas, y su aplicación es especialmente frecuente en España.

El Método de Témez incluye correcciones en la intensidad de la lluvia y en el coeficiente de escorrentía, lo que mejora la precisión en cuencas donde la variabilidad espacial es moderada. Además, permite incorporar el coeficiente de uniformidad temporal, que ajusta la intensidad de la lluvia para reflejar mejor la distribución temporal de la precipitación.

Las limitaciones del método racional (MR) incluyen una simplificación en la consideración de la variabilidad temporal y espacial de la lluvia, lo que puede afectar a la precisión en ciertas aplicaciones. Este método no permite la desagregación espacial de la cuenca, por lo que es adecuado para cuencas pequeñas. Además, solo proporciona el caudal pico, por lo que es útil únicamente cuando no se requiere un hidrograma completo de crecida. También utiliza la curva IDF de Témez, aplicable exclusivamente a cuencas con tiempos de concentración entre 15 minutos y 24 horas.

7. Aplicaciones prácticas del análisis de crecidas

El análisis de crecidas es fundamental para el diseño y construcción de infraestructuras hidráulicas, como:

  • Presas y embalses: Dimensionadas para contener caudales de crecida sin desbordar.
  • Sistemas de drenaje urbano: Para evacuar el agua de lluvia y evitar inundaciones.
  • Caminos y puentes: Diseñados para resistir la presión y el volumen de agua en eventos de crecida.

Conclusión

La gestión de crecidas es crucial en ingeniería hidráulica para prevenir daños y proteger vidas y bienes. La labor de los ingenieros pasa por comprender los procesos hidrológicos que provocan las crecidas y aplicar modelos de propagación y métodos de cálculo adecuados para diseñar infraestructuras seguras y resistentes a eventos extremos.

 

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Precipitación en ingeniería hidráulica: conceptos, medición y análisis

El cambio climático está transformando los patrones de precipitación en todo el mundo, y está aumentando tanto la frecuencia como la intensidad de los eventos extremos. Esto supone un gran desafío para la ingeniería y la gestión de los recursos hídricos, ya que las estructuras e infraestructuras se diseñan, por lo general, en función de periodos de retorno determinados, que son intervalos estimados de recurrencia de eventos como tormentas intensas o inundaciones. Estos periodos de retorno se calculan a partir de registros históricos, asumiendo que el clima permanece constante. Sin embargo, el cambio climático altera esa estabilidad histórica, lo que implica que las proyecciones de precipitaciones basadas en periodos de retorno tradicionales podrían ser insuficientes o imprecisas.

Es importante recordar que el periodo de retorno no es una predicción exacta de cuándo ocurrirá un evento, sino una probabilidad de ocurrencia. Un evento con un periodo de retorno de 100 años no significa que ocurrirá exactamente cada 100 años, sino que tiene una probabilidad del 1 % de suceder en cualquier año dado. En el contexto de un clima cambiante, esta probabilidad podría aumentar si los eventos extremos se vuelven más frecuentes y desafían los márgenes de seguridad para los que están diseñadas muchas infraestructuras.

Todo esto nos plantea la necesidad de adaptar los métodos de cálculo y planificación de periodos de retorno, incorporando datos actualizados y modelos que contemplen escenarios futuros, en vez de depender únicamente de registros pasados. Veamos, a continuación, qué es la precipitación en ingeniería hidráulica: conceptos, medición y análisis.

La precipitación es un fenómeno meteorológico esencial que alimenta los recursos hídricos y afecta directamente al diseño de obras civiles, especialmente a las relacionadas con el drenaje y el control de inundaciones. El objetivo de este artículo es explicar detalladamente qué es la precipitación, cómo se mide y analiza, y cómo se utiliza el concepto de periodo de retorno para planificar y mitigar los riesgos en las infraestructuras.

1. ¿Qué es la precipitación?

La precipitación se define como cualquier tipo de agua que cae desde la atmósfera a la superficie terrestre, incluyendo la lluvia, la nieve, el granizo y la llovizna. La medida de precipitación se suele expresar en milímetros (mm), lo que indica la altura de agua que se acumularía si no hubiese escorrentía ni infiltración en el suelo. Un valor de 1 mm de precipitación equivale a un litro de agua sobre un metro cuadrado de superficie.

La precipitación es crucial para el ciclo hidrológico y afecta a numerosos sistemas naturales y humanos, incluido el abastecimiento de agua potable, la agricultura y el diseño de infraestructuras de transporte y drenaje.

2. Métodos de medición de la precipitación

2.1. Pluviómetros

El pluviómetro es un dispositivo común para medir la cantidad de lluvia en un lugar específico. Se instala en el exterior y captura el agua de lluvia, midiendo la cantidad en milímetros. Los pluviómetros son esenciales para generar registros continuos de precipitación y permiten estimar los patrones anuales y mensuales, entre otros datos útiles para el análisis de lluvias extremas.

2.2. Pluviogramas y hietogramas

  • Pluviograma: Es un gráfico que muestra la acumulación de precipitaciones en función del tiempo. El eje vertical representa la altura de la precipitación acumulada, mientras que el horizontal muestra el tiempo. Esto permite visualizar cómo se acumula la lluvia durante un evento particular, como una tormenta.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.
  • Hietograma: Es un gráfico que representa la intensidad de la precipitación en un intervalo de tiempo determinado. A diferencia del pluviograma, el hietograma se centra en la tasa de precipitación (en mm/h). Esta información es crucial en ingeniería para analizar eventos de precipitación intensos y de corta duración, como las tormentas, que pueden provocar inundaciones y desbordes.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

2.3. Redes de pluviometría y densidad de medición

Una red de estaciones pluviométricas permite recoger datos de precipitación en múltiples puntos de una región. La densidad de esta red es importante para obtener una representación precisa de la distribución espacial de la precipitación. Cuantas más estaciones pluviométricas haya, mayor será la precisión en la interpolación de datos y en el análisis de la variabilidad de la precipitación en áreas amplias.

3. Análisis de la distribución temporal de la precipitación

La distribución temporal de la precipitación se refiere a cómo cambia la intensidad de la lluvia a lo largo del tiempo. Para comprender estos cambios, en ingeniería se utilizan herramientas y modelos que ayudan a prever el comportamiento de la lluvia y su potencial impacto en las infraestructuras.

3.1. Curvas IDF: Intensidad-Duración-Frecuencia

Las curvas IDF (Intensidad-Duración-Frecuencia) son representaciones estadísticas que relacionan tres factores clave de la precipitación:

  • Intensidad (I): Cantidad de lluvia por unidad de tiempo (mm/h).
  • Duración (D): Tiempo durante el cual se mide la precipitación.
  • Frecuencia (F): Probabilidad de que se repita un evento similar en un periodo determinado.
Fuente: Eduardo Albentosa, Departamento de Ingeniería Hidráulica y Medioambiente, UPV.

Estas curvas se desarrollan a partir del análisis estadístico de eventos pasados de lluvia. En general, la probabilidad de que ocurra un evento de alta intensidad disminuye conforme aumenta la duración y el intervalo de retorno. Por ejemplo, una lluvia de alta intensidad en un periodo de retorno de 100 años es mucho menos frecuente que una lluvia moderada en el mismo intervalo.

3.2. Hietogramas de diseño

Los hietogramas de diseño son modelos simplificados que representan cómo se distribuye la intensidad de la precipitación durante un evento de diseño. En ingeniería, estos diagramas permiten estimar el volumen total de precipitación en un evento y prever el comportamiento de los sistemas de drenaje y almacenamiento de agua.

Algunos tipos de hietogramas de diseño son:

  • Hietograma rectangular: Representa una intensidad de precipitación constante durante toda la duración del evento.
  • Hietograma triangular: Muestra una distribución con un pico de intensidad en un momento específico, lo cual es más realista para muchas tormentas naturales.
  • Hietograma de bloques alternos: Descompone el evento en bloques de intensidad variable, alternando entre períodos de intensidad alta y baja, proporcionando una representación más detallada.

3.3. Importancia de las curvas IDF en el diseño de infraestructuras

Las curvas IDF son fundamentales para el diseño de infraestructuras de drenaje, canales y presas. Permiten calcular la capacidad de estas obras para gestionar caudales generados por eventos de lluvia extremos. Si no se realiza un análisis adecuado de estas curvas, las infraestructuras pueden ser vulnerables a desbordes y fallos durante eventos de precipitación intensa.

4. Análisis de la distribución espacial de la precipitación

La precipitación varía de un lugar a otro, especialmente en regiones con condiciones topográficas complejas, como montañas y valles. Para representar adecuadamente esta variabilidad en proyectos de ingeniería, se utilizan métodos de interpolación espacial para estimar la precipitación en puntos donde no hay mediciones directas.

4.1. Métodos de interpolación y promediación

  • Método de Thiessen: Divide el área de estudio en polígonos de influencia basados en la proximidad de las estaciones pluviométricas. Este método permite asignar una estimación de la precipitación a cualquier punto dentro de un polígono en función de los valores registrados en la estación más cercana.
  • Inverso de la Distancia: Calcula la precipitación en puntos no medidos al asignar mayor peso a las estaciones más cercanas. Este método es especialmente útil cuando la densidad de estaciones es baja, aunque no considera variaciones topográficas.

4.2. Factor de reducción areal

Para grandes áreas, como cuencas hidrográficas, es improbable que las precipitaciones se distribuyan uniformemente en toda la región. Por esta razón, se emplea un factor de reducción areal que disminuye la intensidad de la precipitación puntual al extrapolarla a áreas mayores. Este factor depende del tamaño de la cuenca y de las características meteorológicas de la región.

5. El periodo de retorno y su importancia en hidrología e ingeniería

El periodo de retorno es un concepto estadístico que define el tiempo promedio entre eventos extremos de una magnitud específica. En hidrología, este concepto es fundamental para evaluar la frecuencia y probabilidad de eventos como tormentas intensas o inundaciones.

5.1. Definición y cálculo del periodo de retorno

El periodo de retorno se define como:

donde P[X>x] es la probabilidad anual de que un evento de precipitación exceda un valor umbral x. Por ejemplo, si una tormenta tiene un periodo de retorno de 50 años, esto significa que hay un 2% de probabilidad de que ocurra en cualquier año específico.

5.2. Uso del periodo de retorno en el diseño de infraestructuras

En la práctica, los ingenieros diseñan infraestructuras de drenaje y almacenamiento de agua basándose en periodos de retorno específicos. Por ejemplo, una presa de retención puede construirse para soportar eventos de 100 años, lo que implica una probabilidad de fallo del 1 % cada año.

Este cálculo se ajusta a los requisitos de seguridad y tolerancia al riesgo de cada infraestructura, con el fin de minimizar las probabilidades de fallo, especialmente en áreas densamente pobladas o con activos económicos significativos.

5.3. Riesgo a largo plazo y el periodo de retorno

Aunque un periodo de retorno largo (como 100 años) sugiere una baja probabilidad de ocurrencia anual, es importante entender que, en periodos de tiempo prolongados, la probabilidad acumulada de que el evento ocurra aumenta. Para calcular el riesgo acumulado durante un periodo de N años, se usa la siguiente fórmula:

donde p=1/T  es la probabilidad anual del evento y es el periodo en años. Esto permite estimar la probabilidad de que un evento supere la capacidad de una infraestructura en un número de años especificado. Por ejemplo, el riesgo de que una estructura diseñada para un periodo de retorno de 100 años falle al menos una vez en un periodo de 50 años es de aproximadamente un 40 %. En la gráfica que dejo a continuación tenéis la probabilidad de que ocurra un evento en función del número de años y del periodo de retorno.

Riesgo y periodo de retorno. Elaboración propia.

Nota importante: Una infraestructura no falla exactamente a los 100 años si está diseñada para un periodo de retorno de 100 años. De hecho, su probabilidad es del 63 %. Incluso existe una probabilidad del 10 % de que falle a los 10 años de su construcción. Que te toque la Lotería de Navidad tiene una probabilidad del 0,001 %, pero de hecho, hay gente que le ha tocado la lotería varias veces seguidas. Por tanto, hay que ser cautos con la estadística.

6. Aplicación de la precipitación en el contexto del cambio climático

El cambio climático está afectando a los patrones de precipitación en todo el mundo, incrementando la frecuencia e intensidad de los eventos extremos. Este fenómeno plantea nuevos retos a los ingenieros, ya que las estructuras diseñadas en condiciones climáticas históricas pueden no ser adecuadas para las condiciones futuras.

Adaptar las infraestructuras al cambio climático implica revisar los periodos de retorno y los valores de las curvas IDF para tener en cuenta eventos más intensos o frecuentes. En este contexto, es fundamental contar con bases de datos a largo plazo y modelos predictivos que ayuden a simular condiciones futuras.

Conclusión

El análisis de la precipitación es crucial en la ingeniería hidráulica para prevenir y mitigar riesgos. Desde los métodos de medición y los análisis temporal y espacial, hasta el uso del periodo de retorno, estos conceptos permiten a los ingenieros diseñar infraestructuras resilientes. Dado el impacto creciente del cambio climático, la actualización y adaptación de estos métodos será cada vez más importante para garantizar la seguridad y la sostenibilidad de las infraestructuras.

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Efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones

Figura 1. Efectos de la DANA en Valencia. https://www.diariodesevilla.es/sociedad/catastrofe-inundaciones-valencia-directo_10_2002684877.html

Para comprender los efectos de las inundaciones en las estructuras de las edificaciones y cómo responder ante ellas, es fundamental entender tanto los factores que incrementan la vulnerabilidad de los edificios como las acciones preventivas y correctivas necesarias. Las inundaciones pueden afectar seriamente a las estructuras, dependiendo de la magnitud de las aguas, su salinidad, la saturación del suelo y la calidad de los materiales y prácticas constructivas empleados. La identificación de estos daños requiere evaluaciones técnicas detalladas y precisas. Este conocimiento es útil tanto para los propietarios, los técnicos y el personal de emergencias que deben tomar decisiones rápidas y bien fundamentadas en situaciones críticas.

1. Efectos de las inundaciones en la estructura de las edificaciones

Las inundaciones suponen una amenaza significativa para la integridad de los edificios y pueden afectar a la estructura de diversas maneras. Estos no siempre son visibles de inmediato y pueden empeorar con el tiempo si no se toman medidas correctivas. En las zonas propensas a las inundaciones, los edificios pueden sufrir diversos daños estructurales, como:

  • Socavación y fallos en la cimentación: La erosión causada por la corriente de agua disminuye la estabilidad de los cimientos. Cuando una inundación causa socavones cerca de una edificación, esto afecta directamente a la capacidad portante de los cimientos, ya que se pierde el soporte horizontal y lateral del suelo. Esto puede causar inclinaciones en las estructuras, grietas en los muros y, en casos extremos, el colapso parcial o total del edificio.
  • Erosión del suelo y pérdida de capacidad portante: La capacidad del suelo para soportar cargas se ve reducida debido a la erosión, lo que puede llevar al fallo de la cimentación.
  • Saturación del suelo: La acumulación de agua provoca saturación, lo que aumenta el riesgo de deslizamientos, derrumbes y avalanchas y afecta a la estabilidad del conjunto de cimentación y estructura. El suelo que rodea los cimientos de una edificación, al saturarse con agua, pierde densidad y estabilidad. Este fenómeno es especialmente crítico en áreas cercanas a cuerpos de agua (ríos, lagos o mares), donde el agua puede hacer que el suelo pierda su capacidad de soporte. Esto puede provocar fenómenos como deslizamientos, derrumbes y licuefacción. En casos graves, el terreno bajo la edificación se comporta casi como un líquido, perdiendo su capacidad para soportar el peso de la estructura y poniendo en riesgo su estabilidad.
  • Pérdida de soporte lateral y horizontal: Al disminuir la capacidad portante del suelo, la estructura pierde los soportes laterales y horizontales, lo que compromete su estabilidad y capacidad de carga.
  • Deterioro de los muros exteriores: Cuando el nivel de las inundaciones supera el metro de altura, la descompensación de presiones puede provocar fallos en los muros exteriores..
  • Inestabilidad estructural por impacto de escombros: Los escombros arrastrados por el agua, combinados con la presión hidrostática o hidrodinámica, pueden impactar en elementos estructurales y causar inestabilidad.
  • Aparición de grietas en muros, losas y columnas: Dependerá de la magnitud de la inundación y podría ocasionar daños que van desde reparables hasta irreparables.
  • Daños por capilaridad y humedad en las paredes: El fenómeno de capilaridad permite que el agua suba a través de los materiales porosos de los muros, debilitándolos progresivamente. Este problema es más frecuente en estructuras construidas directamente sobre el suelo sin barreras de impermeabilización o sobrecimientos. El agua absorbida por capilaridad puede afectar a la durabilidad y la resistencia de los materiales, provocando grietas y desprendimientos del revestimiento.
  • Deterioro de materiales de construcción: La exposición al agua contaminada o salina provoca corrosión en los materiales, especialmente en elementos metálicos no protegidos, galvanizados o inoxidables.
Figura 2. Presión hidrostática.

Para reducir estos riesgos, las nuevas construcciones en zonas de inundación deben ser diseñadas y construidas con especificaciones a prueba de inundaciones. Estas mejoras en la resistencia estructural no solo reducen el riesgo de fallos, sino que también disminuyen significativamente la probabilidad de víctimas en escenarios de inundación.

2. Problemática: daños y consecuencias

  • Daños estructurales: Las inundaciones generan múltiples efectos en la estabilidad de los edificios, afectando su integridad estructural. Entre estos daños destacan:
    • Presión hidrostática: La acumulación de agua en el perímetro de la edificación ejerce presión horizontal sobre los muros, proporcional al calado de la inundación. Este tipo de presión puede levantar los suelos o cimentación cuando el agua se acumula de un solo lado del edificio. En casos donde el agua ingresa al edificio, esta presión se neutraliza, pero introduce una carga gravitatoria que afecta elementos horizontales como forjados y soleras, pudiendo conducir al colapso de la estructura.
    • Presión hidrodinámica: El flujo de agua de un río desbordado puede alcanzar velocidades considerables y generar impactos en los muros, los cuales deben ser diseñados para soportar estas cargas dinámicas.
    • Impactos de objetos arrastrados: El agua arrastra escombros, vehículos y mobiliario urbano que impactan contra la edificación, generando daños considerables en sus elementos​.
    • Durabilidad y corrosión: El agua, especialmente si contiene minerales y sales, puede corroer el acero de refuerzo en estructuras de hormigón, debilitando su capacidad de carga. En materiales como la madera, la humedad reduce significativamente su resistencia estructural. Estos daños son más difíciles de detectar cuando los elementos están cubiertos o enterrados.
    • Erosión del material y del terreno: La exposición prolongada al agua, especialmente si el flujo es constante, puede erosionar materiales como ladrillo y bloque, deteriorando el mortero de unión y comprometiendo la estabilidad del edificio. El terreno también se ve afectado, sobre todo en su capacidad de soporte, agravando el riesgo de asentamientos diferenciales en la cimentación​.
  • Daños constructivos y estéticos: Las inundaciones afectan no solo a los elementos estructurales, sino también a los acabados y componentes funcionales de los edificios:
    • Daños en cerramientos y tabiques: Los paramentos exteriores e interiores pueden experimentar corrosión en elementos metálicos, pérdida de adhesión en revestimientos y daños en aplacados​.
    • Pérdida de estabilidad en fachadas y tabiques: Los impactos de objetos arrastrados por el agua o la reducción en las propiedades de los materiales debido a la humedad pueden hacer que las fachadas o tabiques colapsen​.
    • Daños en pavimentos: La prolongada presencia de agua produce abombamientos y deformaciones en los suelos, especialmente en los pavimentos de madera, causando el levantado de los materiales de agarre​.
    • Desperfectos estéticos: La humedad genera manchas y decoloración en superficies, mientras que los impactos pueden provocar la rotura de elementos ornamentales​.
    • Disfunción de instalaciones: Las instalaciones eléctricas, redes de saneamiento, sistemas de agua potable y equipos de ventilación y climatización pueden colapsar o fallar debido a la exposición a la humedad y obstrucción por residuos, lo cual compromete la funcionalidad del edificio​.
  • Daños al contenido: El ingreso de agua en el interior de un edificio provoca, inevitablemente, daños en su contenido, desde pérdidas materiales como aparatos electrónicos, mobiliario y documentos, hasta daños económicos significativos en edificaciones comerciales e industriales. Además, los edificios que almacenan bienes sensibles, como bibliotecas o museos, pueden sufrir daños irreparables en sus colecciones culturales o documentales.
  • Daños funcionales: Las inundaciones pueden afectar gravemente al funcionamiento de los edificios, especialmente en instalaciones críticas como hospitales o estaciones de bomberos, donde cualquier interrupción implica riesgos adicionales. Esto incluye la interrupción de servicios esenciales que comprometen la capacidad de respuesta en situaciones de crisis, la inactividad prolongada en edificaciones comerciales o industriales que ocasiona pérdidas económicas y la obstrucción de vías de acceso y evacuación, lo que dificulta las operaciones de emergencia y la seguridad de los ocupantes.
  • Daños relacionados con el entorno: Además de los daños directos a la estructura, las inundaciones pueden afectar a la parcela circundante y a los elementos del entorno inmediato, provocando erosión y desgaste en áreas sin edificación, como jardines o zonas comunes, donde se acumulan sedimentos y residuos que deterioran el terreno, el mobiliario y la vegetación. Asimismo, elementos del entorno, como vehículos o vegetación arrastrada, pueden afectar a la edificación y provocar asientos diferenciales por los desplazamientos del terreno. Finalmente, los residuos y contaminantes de instalaciones industriales o agrícolas arrastrados por el agua pueden afectar tanto al entorno natural como a la propia edificación.
  • Daños a largo plazo: Además de los daños inmediatos, las inundaciones pueden causar problemas que se manifiestan con el tiempo, como la corrosión en elementos estructurales debido a la humedad residual en materiales como el hormigón, lo que debilita las armaduras de acero y compromete la estructura gradualmente; también pueden surgir problemas de humedad persistente en áreas de difícil acceso, como los forjados sanitarios, donde el agua estancada crea condiciones favorables para el crecimiento de hongos y otros problemas fitosanitarios.

Estos puntos resaltan la complejidad de los efectos de una inundación en las edificaciones y su entorno, subrayando la importancia de contar con medidas preventivas y de rehabilitación efectivas para mitigar las consecuencias.

3. Identificación de los posibles daños en edificaciones debido a inundaciones

Este capítulo detalla los daños que pueden producirse en una edificación cuando ocurre una inundación. Abarca la identificación de puntos vulnerables, la inspección de elementos de valor, y la evaluación de daños en función del nivel de agua.

  • Identificación e inventario de puntos débiles: La ubicación y el riesgo del edificio son determinantes para identificar sus puntos débiles y reducir la vulnerabilidad ante las inundaciones. Los principales puntos de entrada del agua en las construcciones son los defectos en el mortero de ladrillo o mampostería, que facilitan la infiltración; las grietas en fachadas y juntas estructurales, especialmente en las uniones entre materiales diferentes, como paredes y losas; las ventanas y puertas, donde las fallas en el sellado y el contacto de los marcos permiten filtraciones; y las escaleras y entradas a sótanos, que al estar en niveles inferiores favorecen la acumulación de agua.
  • Comprobación de estabilidad estructural: Es crucial evaluar la capacidad de resistencia de los elementos estructurales a las fuerzas del agua, ya que las presiones desiguales pueden dañar paredes y pisos. La diferencia en la rapidez de entrada y salida del agua entre el exterior y el interior del edificio puede generar presión adicional, ocasionando daños estructurales importantes en muros y suelos.
  • Inspección de los elementos de valor del edificio: Realizar un inventario de los elementos importantes en el edificio permite diagnosticar daños potenciales y planificar su aseguramiento. Estos elementos se clasifican en: seres vivos (personas, mascotas y animales en actividades agropecuarias), continente (que abarca la estructura y el equipamiento, como cimientos, muros, sistemas de electricidad, agua y ventilación) y contenido (que varía según el uso del edificio e incluye mobiliario, documentos y materiales peligrosos).
  • Diagnóstico de daños en función de la altura del agua: El nivel del agua en el edificio influye directamente en el grado de daño. Ejemplos de daños según el nivel son:
    • 0 a 0,3 m (debajo del nivel de la planta baja): Posibles erosiones en cimientos, corrosión en elementos metálicos, acumulación de limo, y formación de moho.
    • 0,3 a 0,5 m: Saturación de revestimientos de paredes y suelos, problemas de humedad, y daños en puertas internas y externas.
    • Más de 0,5 m: Daños estructurales graves debido a la presión del agua, corrosión y fallos generalizados en sistemas eléctricos y sanitarios.

Estos daños muestran la importancia de realizar un diagnóstico exhaustivo para implementar medidas de mitigación eficientes, que garanticen la seguridad estructural del edificio y la protección de sus ocupantes y contenido.

Figura 3. Inventario de puntos de entrada del agua de inundación. Fuente: Preparing for Flood, Interim guidance for improving the flood resistance of domestic and small business properties. Office of the Deputy Prime Minister. 2003. Environment Agency – UK.

4. Factores de vulnerabilidad que agravan los daños por inundaciones

Las características constructivas y de mantenimiento de una edificación influyen en su vulnerabilidad frente a las inundaciones. Algunos factores clave incluyen:

  • Ausencia de sobrecimiento e impermeabilización: El sobrecimiento es una barrera de 30-50 cm de altura que se coloca en la base de los muros, y su función es proteger contra la humedad que asciende del suelo. La ausencia de este elemento en una construcción permite que el agua entre en contacto directo con las paredes, lo que facilita la absorción de agua por capilaridad. Además del sobrecimiento, la impermeabilización de cimientos y muros de la planta baja es vital para prevenir que el agua dañe las estructuras.
  • Calidad de los materiales: Cada material de construcción reacciona de manera distinta a la exposición prolongada al agua. La calidad del cemento, la arena y otros materiales utilizados en la construcción de los bloques y los cimientos influye en la resistencia de la edificación frente a las inundaciones. Los materiales de baja calidad se desintegran más rápidamente cuando entran en contacto con el agua. En áreas con edificaciones antiguas de tapial, por ejemplo, estos tienden a disolverse tras un contacto prolongado con el agua, provocando la descomposición de la estructura. El bahareque, compuesto tradicionalmente por madera, cañas y barro, presenta baja resistencia a la humedad y se deteriora rápidamente, con desprendimientos de revestimiento y deformaciones en la estructura de madera o caña, lo que puede causar inclinaciones o incluso el desplome de las viviendas. En el caso de la mampostería, aunque aparenta ser resistente, los bloques de cemento, por su porosidad y la falta de cocción de algunos materiales, son vulnerables al agua. La humedad puede deteriorar las primeras hiladas, debilitar la base y provocar el desplome parcial o total de la estructura, especialmente en zonas donde los bloques son de baja calidad o con una proporción insuficiente de cemento.
  • Errores en la construcción: En algunas construcciones, se cometen errores técnicos que comprometen la estabilidad de la estructura, especialmente en zonas inundables. Por ejemplo, el uso incorrecto de aparejos en mampostería o la falta de conocimientos técnicos en la ejecución de los cimientos puede resultar en problemas estructurales graves cuando la edificación enfrenta una inundación.

5. Medidas preventivas para minimizar daños en situaciones de inundación

La implementación de medidas preventivas ayuda a minimizar el impacto de las inundaciones en las edificaciones. Estas son algunas acciones recomendadas:

  • Inspección y mantenimiento regulares: Es crucial que las edificaciones en zonas propensas a inundaciones reciban mantenimiento constante y revisiones estructurales periódicas. Las inspecciones técnicas pueden identificar signos de desgaste o debilidades estructurales antes de que se conviertan en problemas graves. Esto incluye revisar cimientos, paredes y elementos de soporte clave.
  • Empleo de materiales resistentes al agua: Al construir o rehabilitar una vivienda en una zona propensa a las inundaciones, se recomienda usar materiales menos porosos y resistentes al agua. Asimismo, en áreas vulnerables, se recomienda aplicar revestimientos y pinturas impermeables en paredes y cimientos para evitar la absorción de humedad.
  • Adecuación del terreno y del sistema de drenaje: El sistema de drenaje del terreno circundante a una edificación es fundamental para evitar que el agua se acumule y afecte a los cimientos. En zonas propensas a las inundaciones, es importante crear canales de drenaje y pendientes que faciliten la salida del agua hacia áreas de menor riesgo.

6. Recomendaciones de emergencia para responder a inundaciones en edificaciones

En caso de inundación, estas son algunas recomendaciones prácticas para garantizar la seguridad de las personas y proteger, en la medida de lo posible, la estructura del edificio:

  • Inspección inmediata de daños: Una vez que el nivel del agua haya descendido, es fundamental realizar una inspección detallada del edificio para identificar daños visibles y ocultos. Los técnicos deben evaluar los cimientos y la estabilidad de las paredes para identificar signos de debilitamiento estructural que puedan suponer un riesgo.
  • Secado y limpieza de estructuras: Es crucial crucial eliminar el agua acumulada y permitir que las estructuras afectadas se sequen. El secado evita que la humedad siga dañando los materiales de construcción. Además, se debe limpiar la suciedad y los restos dejados por la inundación, ya que estos pueden acelerar el deterioro de los materiales.
  • Refuerzo y reparación de cimientos y paredes: Si las inspecciones revelan daños en los cimientos o paredes, es necesario realizar refuerzos inmediatos para evitar colapsos. Los cimientos debilitados pueden reforzarse con elementos estructurales adicionales y las paredes pueden requerir tratamientos impermeabilizantes o refuerzos de mampostería.

Conclusión

Entender los efectos de las inundaciones en las edificaciones es fundamental para aplicar medidas de prevención y reparación efectivas. Estos eventos pueden causar daños severos en la estructura, la estabilidad y el contenido de los edificios, lo que subraya la necesidad de realizar un diagnóstico preciso y de llevar a cabo acciones correctivas. La identificación de las áreas vulnerables, junto con el uso de materiales adecuados y sistemas de drenaje eficientes, es esencial para reducir los riesgos. Asimismo, el mantenimiento regular y una respuesta rápida ante las inundaciones son cruciales para proteger tanto la seguridad de los ocupantes como la integridad del edificio. La implementación de técnicas constructivas apropiadas mejora la resistencia de las estructuras frente a estos desastres.

A continuación, dejo algunos documentos que creo que pueden ser de interés.

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Valencia frente a la amenaza de una nueva inundación: análisis, antecedentes y estrategias para mitigar el riesgo

https://www.rtve.es/noticias/20241030/catastrofico-temporal-valencia-lluvia-dana/16310046.shtml

Ante los acontecimientos catastróficos que estamos viviendo en Valencia como consecuencia de la DANA, he querido publicar un resumen de un informe del año 2014 denominado “Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica“. Este resumen resalta los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica basándose en el análisis del «Plan Sur de Valencia» y en las características geográficas, climáticas e históricas de la ciudad y su entorno. Aunque es de 2014, creo que no ha perdido vigencia, aunque estoy convencido de que en estos últimos 10 años se ha mejorado la información al respecto. El conocimiento se tiene y está claro lo que hay que hacer. Falta la voluntad de priorizar las actuaciones públicas.

Introducción y antecedentes

Valencia ha sido históricamente vulnerable a las inundaciones debido a su ubicación geográfica y la morfología de su entorno. Desde su fundación en el año 138 a. C., en una terraza del río Turia cercana a su desembocadura en el Mediterráneo, la ciudad ha soportado las crecidas de su principal cauce fluvial. Este asentamiento, que proporcionaba ventajas en términos de acceso al agua y a tierras cultivables, también expuso a la ciudad al riesgo de avenidas debido al régimen torrencial del Turia. Las crecidas y la sedimentación del río han modelado la región, elevando el suelo de Valencia en más de cinco metros y configurando un entorno altamente vulnerable.

Las primeras crónicas detalladas de inundaciones en Valencia datan del siglo XIV, cuando los registros empezaron a documentar las crecidas del Turia y sus efectos devastadores en la ciudad y las áreas circundantes. En estos registros se identifican 24 episodios de inundaciones graves entre 1321 y 1957, con un periodo de recurrencia aproximado de 27 años. Este historial de avenidas sugiere que, en ausencia de intervenciones significativas, la probabilidad de nuevas inundaciones se mantiene elevada.

Tras la gran riada de 1957, que causó cientos de muertes y pérdidas materiales significativas, las autoridades emprendieron la construcción de un nuevo cauce del río Turia con el fin de desviar el flujo de agua y reducir los riesgos de inundación en la ciudad. Sin embargo, estudios recientes del grupo «Impulso a Valencia» indican que las medidas adoptadas, aunque efectivas en parte, podrían ser insuficientes ante una avenida similar o superior a la de 1957.

Climatología y fenómeno de la gota fría

La Comunidad Valenciana posee un clima mediterráneo con marcada variabilidad en las precipitaciones, influido tanto por la orografía de la región como por las condiciones atmosféricas del Mediterráneo. La disposición de las montañas en la franja litoral y prelitoral intensifica el efecto de convección y precipitación en ciertos episodios. Así, Valencia se ve expuesta a lluvias torrenciales, que se concentran principalmente en los meses de otoño.

Una característica fundamental del clima valenciano son los episodios de «gota fría» o DANA (Depresión Aislada en Niveles Altos). Este fenómeno se produce cuando masas de aire frío en altura interactúan con aire cálido y húmedo del Mediterráneo, lo que genera precipitaciones intensas en cortos intervalos de tiempo. La situación se agrava cuando las lluvias coinciden con fuertes temporales marinos, que elevan el nivel del mar y dificultan la evacuación del caudal fluvial en la desembocadura del Turia.

Durante el periodo 1971-2000, la región registró más de 300 días con lluvias superiores a 100 mm y 16 episodios con precipitaciones que superaron los 300 mm en 24 horas. Estas intensas precipitaciones son capaces de desbordar el cauce del Turia, cuya capacidad máxima actual se estima en 3700 m³/segundo. Estos episodios de lluvias extremas, junto con el cambio climático, que eleva las temperaturas del mar, aumentan la frecuencia y la gravedad potencial de estos eventos.

Además, Valencia ocupa el tercer puesto a nivel mundial en exposición a lluvias torrenciales, después de dos áreas tropicales. Esta situación climatológica particular exige una infraestructura adecuada para mitigar los riesgos de inundación y proteger a la población ante el impacto de una avenida extrema.

Hechos históricos de inundación en Valencia

Desde tiempos romanos, las crecidas del Turia han sido un elemento constante en la vida de la ciudad. Ya en la época medieval, la distribución espacial del agua desbordada afectaba a zonas como Campanar, Marxalenes y el centro urbano. A lo largo de la historia, las murallas y defensas de la ciudad se construyeron tanto para proteger Valencia de los ataques como para contener las aguas del Turia. Durante la época de Pedro el Ceremonioso, se levantó una muralla septentrional con el propósito de evitar la entrada de las aguas en la ciudad, pero las grandes crecidas, como la de 1589, mostraron que incluso estas defensas eran insuficientes.

Entre 1321 y 1957 se documentaron 24 grandes avenidas, que devastaron el entorno urbano y las poblaciones cercanas. La riada de 1957 se recuerda como la peor, cuyo caudal inundó extensamente el área urbana y dejó Valencia sin un abastecimiento adecuado durante días. Este suceso marcó un punto de inflexión en la gestión del riesgo de inundación, lo que dio lugar a la construcción del «Nuevo Cauce» en 1969.

Sin embargo, el Plan Sur y el nuevo trazado del cauce, aunque eficaces en parte, no garantizan la protección completa. El informe estima que el actual cauce del Turia podría no soportar una riada de la magnitud de la de 1957, lo que vuelve crítica la necesidad de fortalecer las defensas fluviales y estudiar a fondo la capacidad de avenamiento actual.

Análisis de la Riada de 1957

La riada de 1957 es un evento de referencia para comprender la magnitud del riesgo al que Valencia está expuesta. En un día de octubre, las intensas lluvias descargaron precipitaciones sin precedentes sobre la cuenca del Turia, y el caudal del río alcanzó los 3700 m³/segundo, según cálculos de la época, aunque se estima que pudo haber sido incluso mayor. Las inundaciones resultantes cubrieron grandes extensiones de la ciudad, causando la pérdida de vidas, el desplazamiento de miles de personas y la destrucción de infraestructuras básicas.

El «Nuevo Cauce» se diseñó para un caudal de 5000 m³/segundo; sin embargo, su capacidad actual se ha recalculado en 3700 m³/segundo, lo que iguala el caudal de la riada del 57, según los registros de la Confederación Hidrográfica del Júcar. Así, si una avenida semejante o mayor ocurriera, el cauce del Turia se desbordaría, lo cual podría provocar una inundación a gran escala en la zona urbana y poner en riesgo nuevamente a miles de personas y una vasta área de la ciudad.

Propuestas de actuación para la mitigación de riesgos

El informe sugiere una serie de propuestas para mitigar los riesgos de inundación y aumentar la resiliencia de Valencia ante avenidas extremas:

  1. Reevaluación del cauce y mejoras estructurales: el primer paso consiste en analizar la capacidad real de drenaje del Turia desde Loriguilla hasta su desembocadura. Esto requiere actualizar las infraestructuras, con un énfasis especial en el tramo de Quart de Poblet, donde comienza el nuevo cauce. Además, sería necesario reforzar la mota que separa el viejo cauce del nuevo, pues si esta barrera fuera sobrepasada o se rompiera, Valencia quedaría gravemente expuesta a una nueva riada.
  2. Laminación de avenidas y protección ambiental: en la cuenca baja del Turia, se propone un plan de reforestación y mantenimiento de barrancos que ayude a regular las avenidas y reducir la velocidad de escorrentía. Una infraestructura de laminación, como un lago fluvial o un embalse en Vilamarxant, permitiría controlar el caudal y reducir los picos de crecida que llegan a Valencia. Este enfoque, que combina obras de infraestructura con medidas de protección ambiental, busca no solo proteger la ciudad, sino también minimizar el impacto en los ecosistemas y la zona agrícola de la cuenca baja.
  3. Mejoras en la desembocadura y mitigación del efecto dique: es necesario rediseñar la desembocadura del Turia para reducir el «efecto dique» que ocurre cuando el temporal marino obstruye la evacuación del agua hacia el mar. Este fenómeno, en el que las olas del Mediterráneo superan los cinco metros de altura, impide que el cauce fluya libremente y aumenta el riesgo de inundación en las zonas bajas de la ciudad. Un rediseño adecuado de la desembocadura permitiría una evacuación más eficiente del caudal fluvial incluso en condiciones de temporal.
  4. Red de monitorización y sistema de alerta temprana: dada la velocidad y fuerza de las avenidas en Valencia, es crucial establecer una red de estaciones pluviohidrológicas en toda la cuenca del Turia que permita un monitoreo constante y en tiempo real. Este sistema debería estar integrado con un mecanismo de alerta temprana, de modo que las autoridades y la población puedan tomar medidas de protección antes de que ocurra un evento catastrófico. La experiencia de la riada del 57 mostró que muchas víctimas fueron sorprendidas sin tiempo de reacción, de ahí la importancia de la preparación y la comunicación.
  5. Actualización de los planes de protección civil y simulacros de emergencia: los planes de emergencia y protección civil deben ser revisados y adaptados a la realidad climática actual y a las capacidades de infraestructura del río. Estos planes incluyen rutas de evacuación, centros de acogida y protocolos de comunicación, que son fundamentales para reducir el riesgo de pérdidas humanas y materiales en caso de una avenida.
  6. Evaluación y recurrencia admisible de crecidas: finalmente, el informe recomienda que se determinen los intervalos de recurrencia aceptables para futuras crecidas, considerando distintos escenarios de magnitud. Esta evaluación permitirá a las autoridades decidir sobre el diseño y las inversiones necesarias en infraestructura según el nivel de riesgo que la ciudadanía de Valencia está dispuesta a asumir.

Conclusión

La ciudad de Valencia se enfrenta a un riesgo significativo de sufrir otra inundación catastrófica, debido a sus condiciones climáticas, al cambio climático y a la infraestructura fluvial actual. Los sucesos catastróficos se evidencian con el actual desastre de finales de octubre de 2024. Las propuestas del informe «Impulso a Valencia» subrayan la importancia de tomar medidas preventivas y estructurales, y adaptar las capacidades de la ciudad para responder a episodios extremos. Sin embargo, es fundamental que la ciudadanía sea consciente de este riesgo y participe activamente en los sistemas de alerta y en los planes de emergencia para reducir las posibles pérdidas en el futuro.

Referencia:

VV.AA. (2014). Actualización del Plan Sur de Valencia. Estudio informativo acerca de los riesgos de que Valencia experimente una nueva inundación catastrófica. Ateneo Mercantil de Valencia, Grupo de Análisis “Impulso a Valencia”, 52 pp.

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Microtúneles: Tecnología sin zanja para la construcción subterránea

Figura 1. Microtúnel.https://purewater-int.com/services/microtunneling/

La ingeniería civil ha desarrollado tecnologías avanzadas que permiten la instalación y el mantenimiento de infraestructuras subterráneas sin afectar significativamente a la superficie. Una de estas tecnologías, particularmente útil en áreas urbanas y entornos sensibles, es la de los microtúneles.

En este artículo, exploraremos los aspectos principales de los microtúneles, sus ventajas y limitaciones, los distintos tipos de escudos y los métodos de revestimiento, como el uso de dovelas y la hinca de tubería, que aseguran la estabilidad de los túneles.

1. ¿Qué son los microtúneles?

Los microtúneles son un tipo específico de tecnología sin zanja diseñada para instalar tuberías y conductos subterráneos a través de un proceso de perforación y revestimiento controlado, sin requerir excavaciones abiertas en la superficie. Estos túneles de pequeño diámetro suelen utilizarse para instalar colectores, redes de agua y sistemas de alcantarillado. A diferencia de otras técnicas de perforación, los microtúneles ofrecen mayor precisión y estabilidad estructural, ya que se utilizan tuneladoras y sistemas de guiado avanzados.

Ventajas de los microtúneles

  • Impacto mínimo en la superficie: Como no es necesario abrir zanjas, los microtúneles reducen las interrupciones en el tráfico y minimizan los daños en la infraestructura existente.
  • Menor impacto ambiental: Este método evita la remoción de grandes cantidades de tierra y reduce los desechos de la construcción, por lo que es una opción más ecológica.
  • Ideal para áreas de difícil acceso: Al requerir solo pozos de entrada y salida, los microtúneles son ideales para trabajos en áreas urbanas densamente pobladas o bajo infraestructuras ya existentes.

Limitaciones de los microtúneles

  • Costos iniciales elevados: La maquinaria y planificación requerida pueden aumentar los costos, especialmente en terrenos sencillos donde una excavación tradicional sería suficiente.
  • Necesidad de estudios geotécnicos detallados: Para asegurar el éxito del proyecto, es necesario un análisis exhaustivo del tipo de suelo, así como un diseño específico para el trazado y la maquinaria a emplear.

2. Maquinaria y equipos utilizados en la perforación de microtúneles

La construcción de microtúneles requiere diferentes tipos de escudos, que son dispositivos que protegen el frente de excavación y facilitan la extracción de material. El tipo de escudo elegido depende de las características del terreno y de las especificaciones del proyecto.

Tuneladoras de escudo abierto

Los escudos abiertos son los más básicos y se utilizan en terrenos cohesivos y por encima del nivel freático. Su diseño permite que el personal trabaje dentro del escudo y retire el material excavado mediante cintas transportadoras o vagonetas. Sin embargo, su principal limitación es que no pueden prevenir derrumbes, lo que los hace adecuados solo para suelos estables. Existen versiones que utilizan aire presurizado para estabilizar el entorno en algunas condiciones.

Tuneladoras de escudo cerrado

Las tuneladoras de escudo cerrado son las máquinas principales utilizadas en los microtúneles. Estos equipos están diseñados para evitar derrumbes y permiten un control preciso sobre la extracción del material excavado. Existen dos tipos principales de tuneladoras de escudo cerrado:

  • Tuneladora EPB (Earth Pressure Balance): Equilibra la presión en el frente usando el propio material excavado, lo cual es especialmente útil en terrenos arcillosos. Además, utiliza espumas y polímeros para estabilizar el suelo.
  • Tuneladora hidroescudo: Este tipo de tuneladora utiliza lodos para estabilizar el frente de excavación, lo que resulta especialmente útil en suelos arenosos o bajo el nivel freático.

Ambos tipos de escudos permiten extraer el material en seco o húmedo, asegurando una operación segura y eficiente en diversas condiciones geológicas.

Figura 2. Tuneladora EPB. https://www.gypsum.in/microtunneling/

3. Métodos de revestimiento en microtúneles

Un aspecto importante en la construcción de microtúneles es el revestimiento, que garantiza la estabilidad y durabilidad del túnel, especialmente en terrenos inestables. Existen dos métodos principales de revestimiento: el método de dovelas y el método de hinca de tubería.

Revestimiento con dovelas

Este método consiste en el uso de dovelas, secciones de anillo prefabricadas, que se ensamblan en el interior del túnel a medida que avanza la tuneladora. El procedimiento implica montar las dovelas dentro de la máquina y posteriormente inyectar mortero en el trasdós para garantizar la estabilidad del revestimiento y evitar filtraciones. Este método permite construir túneles con radios de curvatura pequeños, adaptándose a trazados complejos y de gran diámetro.

Revestimiento con hinca de tubería

El revestimiento con hinca de tubería es ideal para túneles de menor diámetro y consiste en empujar tramos de tubería prefabricada desde el pozo de ataque hasta el pozo de salida. Este proceso puede incorporar estaciones intermedias para longitudes extensas, y utiliza bentonita como lubricante para reducir la fricción durante la hinca. La principal ventaja de este método es que no requiere que el personal opere dentro de la tuneladora y facilita la alineación precisa gracias al sistema de guiado continuo.

Ambos métodos de revestimiento cumplen la función de asegurar la estabilidad y el sellado del túnel, aunque su selección dependerá de las características específicas del proyecto.

4. Planificación y ejecución de un proyecto de microtúnel

Para llevar a cabo un proyecto de microtúnel, es fundamental una planificación detallada que incluya:

  • Estudios geotécnicos: Analizar el tipo de suelo es esencial para definir el equipo y las técnicas de excavación adecuadas, especialmente en terrenos variables o inestables.
  • Selección de tuneladora y herramientas de corte: La tuneladora debe ser seleccionada en función de las condiciones del suelo, y equipada con herramientas de corte específicas.
  • Diseño del pozo de ataque: Los pozos de entrada y salida deben ser diseñados para facilitar el montaje y operación de la tuneladora.
  • Sistema de guiado: Un sistema de guiado, como un teodolito láser motorizado, asegura que la perforación siga el trazado previsto, evitando desviaciones que podrían afectar la estructura del túnel.

5. Caso de estudio: El colector de Valdemarín

Un ejemplo destacado de aplicación de los microtúneles es el proyecto del colector de Valdemarín, en el que se utilizó una tuneladora EPB con dovelas para construir un colector de aguas en un terreno arenoso y de alta abrasividad. El colector, con un diámetro nominal de 2760 mm, fue diseñado para superar el reto de excavar bajo un nivel freático considerable y con una geometría compleja, incluyendo curvas de pequeño radio. Gracias a la tecnología de microtúnel, fue posible instalar el colector, minimizando el impacto en el entorno urbano y controlando el proceso de excavación en un suelo particularmente desafiante.

Conclusión

Los microtúneles son una solución avanzada para la construcción subterránea, especialmente útil en entornos urbanos densos y ambientalmente sensibles. Con diversas opciones de escudos (abiertos y cerrados) y métodos de revestimiento, como las dovelas y la hinca de tuberías, esta tecnología proporciona flexibilidad y precisión en una amplia gama de condiciones geológicas. La implementación de microtúneles sigue siendo una herramienta clave para el desarrollo de infraestructuras subterráneas sostenibles, ya que minimiza el impacto en la superficie y optimiza el proceso constructivo.

Os dejo algunos vídeos para ilustrar esta técnica constructiva.

Referencias:

FRENCH SOCIETY FOR TRENCHLESS TECHNOLOGY (FSTT). Microtunneling and Horizontal Drilling: Recommendations. John Wiley & Sons, 2010.

YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.

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Finalista a la divulgación científica en la Universitat Politècnica de València

Me llena de alegría y gratitud compartir con ustedes que este año soy finalista al Premio a la Divulgación Científica de la Universitat Politècnica de València en la edición de los Premios de Investigación de 2023. Este reconocimiento es muy especial para mí, ya que en mi labor de divulgación busco acercar el fascinante mundo de la ingeniería y la construcción a un público cada vez más amplio y curioso.

El año pasado, tuve el privilegio de recibir dos de los máximos galardones de la UPV: el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación. Estos premios, que reconocen no solo el trabajo en investigación, sino también el impacto y el compromiso de una carrera dedicada a la ingeniería, se otorgan una sola vez cada 5 años. Esto ha supuesto un gran alivio al saber que, aunque fui nominado este año de nuevo, no soy finalista en ambas categorías al haber recibido ya estos honores en la edición anterior. Además, en 2023 también fui galardonado con el Premio Excelencia Docente del Consejo Social de la Universidad Politécnica de Valencia, un premio que igualmente solo se puede recibir una vez en la trayectoria profesional.

La entrega de premios de este año tendrá lugar el próximo 12 de noviembre a las 18:00 horas en el edificio Nexus del campus de Vera, y la gala estará repleta de ciencia, música y teatro, un evento con el inconfundible sello de la UPV. Desde aquí quiero felicitar a todos los finalistas de este año por su destacada labor en investigación y divulgación.

Aprovecho para agradecer a cada uno de ustedes, quienes han hecho posible que esta labor de divulgación científica sea una realidad. ¡Nos vemos en el camino, y gracias por su apoyo constante!

Los nominados a este premio en esta edición han sido los siguientes 18 investigadores:

• COS GAYÓN, Fernando
• ESCOBAR RAMÓN, Santiago
• ESTEBAN GONZÁLEZ, Héctor
• GARCÍA MARTÍNEZ, Antonio
• GARCÍA SEGOVIA, Purificación
• HERNÁNDEZ FRANCO, Carlos
• HOYAS CALVO, Sergio
• LÓPEZ PÉREZ, Miguel
• MONSORIU SERRA, Juan Antonio
• MULET SALORT, José Miguel
• PEDROCHE Sánchez, Francisco
• PINILLA CIENFUEGOS, Elena
• PORCEL ROLDÁN, Rosa
• REMIRO BUENAMAÑANA, Sonia
• ROJAS BRIALES, Eduardo
• SERRANO CRUZ, José Ramón
• SOLER ALEIXANDRE, Salvador
• YEPES PIQUERAS, Víctor

De entre los nominados, tengo el gran honor de compartir ser finalista con dos grandes en el mundo de la divulgación científica. Para que os hagáis una idea del calibre, tanto de José Miguel Mulet como de Rosa Porcel, os dejo un breve resumen de sus méritos en el ámbito de la divulgación. Este año estoy más que satisfecho de saber que me he rodeado de compañeros de esta relevancia. Para mí es mi mayor premio estar con ellos.

José Miguel Mulet Salort: destacado divulgador científico en el ámbito nacional, ha publicado nueve libros en los últimos 12 años. Este curso ha participado en numerosas charlas y jornadas de divulgación y ha sido invitado al Parlamento Europeo y por el gobierno de México para hablar sobre nuevas herramientas de edición genética. Su labor se extiende a una activa presencia en redes sociales y colaboraciones constantes con medios de comunicación, como su columna de ciencia en El País. Además, es miembro del comité de asesoramiento científico de Mercadona.

Rosa Porcel Roldán: divulgadora especializada en biotecnología vegetal desde 2011 y autora del blog La Ciencia de Amara. Su ensayo Eso no estaba en mi libro de Botánica fue galardonado con el Premio Prismas en 2021 al mejor libro de divulgación científica editado. Recientemente, publicó su segundo libro, Plantas que nos ayudan. Ganadora del Premio Antama de Divulgación Científica, este año ha organizado y participado en diversas conferencias y eventos de divulgación científica, como la Noche Europea de la Investigación, el proyecto Mednight y el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia.

Víctor Yepes Piqueras: su blog, enfocado en la ingeniería de la construcción, es un referente en el sector tanto en España como en Latinoamérica. Creado en 2012, ha alcanzado casi dos millones de visitas solo en el último año. Cuenta con aproximadamente 34,000 seguidores en X y más de 22,000 en LinkedIn. Su labor divulgativa también incluye colaboraciones en medios de comunicación. Durante el curso 2023/24, ha participado en iniciativas como el podcast UPV Revisado por pares y ha publicado en medios como TechXplore, Apunt, Valencia Plaza y El Confidencial, entre otros.

 

Curso en línea de “Fabricación y puesta en obra del hormigón”

La Universitat Politècnica de València, en colaboración con la empresa Ingeoexpert, ha elaborado un Curso en línea sobre “Fabricación y puesta en obra del hormigón”.

El curso, totalmente en línea, se desarrollará en 6 semanas, con un contenido de 75 horas de dedicación del estudiante. Hay plazas limitadas.

Toda la información la puedes encontrar en esta página: https://ingeoexpert.com/cursos/curso-de-fabricacion-y-puesta-en-obra-del-hormigon/

 

 

Acerca de este curso

Este curso ofrece una visión completa sobre la fabricación y la puesta en obra del hormigón. No se requieren conocimientos previos específicos, ya que está diseñado para beneficiar a un amplio espectro de profesionales, tanto con experiencia como sin ella, así como a estudiantes de disciplinas relacionadas con la construcción, tanto en el ámbito universitario como en la formación profesional. El proceso de aprendizaje está estructurado de manera gradual, lo que permite a los participantes profundizar en los aspectos que más les interesen, apoyándose en material complementario y enlaces a recursos en línea, como vídeos y catálogos.

En este curso, adquirirás conocimientos fundamentales sobre la fabricación de hormigones y el uso de maquinaria relacionada, incluyendo centrales de hormigonado, transporte y bombeo de hormigón, cintas transportadoras, gunitado, colocación de hormigón bajo el agua y en condiciones de frío o calor, así como grandes vertidos, compactación por vibrado, hormigón al vacío, curado, juntas de construcción, hormigón precolocado y tipos de hormigón como el de fibra de vidrio, autocompactantes, compactados con rodillo y ligeros.

El enfoque principal del programa es comprender los principios que rigen la fabricación y la puesta en obra del hormigón, tanto prefabricado como ejecutado en obra, prestando atención a sus características más importantes y a los aspectos constructivos relevantes en ingeniería civil y edificación. El curso abarca un amplio espectro y profundiza en los fundamentos de la ingeniería de la construcción, además de destacar la importancia de fomentar el pensamiento crítico de los estudiantes, especialmente en relación con la selección de métodos, técnicas y maquinaria que se deben aplicar en situaciones concretas. Además, este curso trata de llenar el vacío que a menudo deja la bibliografía habitual y está diseñado para que los estudiantes puedan profundizar en los conocimientos adquiridos y adaptarlos a su experiencia previa o a sus objetivos personales y empresariales.

El contenido del curso se organiza en 50 lecciones, cada una de las cuales constituye una secuencia de aprendizaje completa. Además, se ofrece un amplio conjunto de problemas resueltos que complementan la teoría presentada en cada lección. Se estima que se necesitan entre dos y tres horas para completar cada lección, en función del interés del estudiante por profundizar en los temas mediante el material adicional proporcionado.

Al finalizar cada unidad didáctica, el estudiante se enfrenta a una serie de preguntas diseñadas para consolidar los conceptos fundamentales y fomentar la curiosidad sobre aspectos relacionados con el tema tratado. También se han diseñado tres unidades adicionales para reforzar los conocimientos adquiridos a través del desarrollo de casos prácticos, en los que se fomenta el pensamiento crítico y la capacidad para resolver problemas reales. Finalmente, al concluir el curso, se llevará a cabo un conjunto de preguntas tipo test con el objetivo de evaluar el aprovechamiento del estudiante, además de servir como herramienta de aprendizaje.

El curso está diseñado para una dedicación total de 75 horas por parte del estudiante. Se busca mantener un ritmo moderado, con una dedicación semanal de aproximadamente 10 a 15 horas, en función del nivel de profundidad que cada estudiante desee alcanzar. La duración total del curso es de seis semanas de aprendizaje.

Lo que aprenderás

Al finalizar el curso, los objetivos de aprendizaje básicos son los siguientes:

  1. Comprender la utilidad y las limitaciones de la maquinaria empleada en la fabricación del hormigón, tanto prefabricado como elaborado en obra
  2. Evaluar y seleccionar los procedimientos constructivos para la colocación del hormigón, atendiendo a criterios económicos y técnicos
  3. Conocer las buenas prácticas y los aspectos de seguridad implicados en el transporte, vertido, compactación y curado del hormigón
  4. Analizar las características específicas en la fabricación y colocación de hormigones especiales como los autocompactantes, ligeros, con fibras, precolocados, compactados con rodillo y otros.

Programa del curso

  • Lección 1. Fabricación de hormigones
  • Lección 2. Homogeneidad en la fabricación del hormigón
  • Lección 3. Amasado del hormigón
  • Lección 4. Amasadoras de hormigón
  • Lección 5. Centrales de fabricación de hormigón
  • Lección 6. Hormigoneras
  • Lección 7. Cálculo de la temperatura de fabricación del hormigón
  • Lección 8. Almacenamiento de áridos
  • Lección 9. Corrección de humedad de los áridos
  • Lección 10. Transporte del cemento
  • Lección 11. Silos fijos de cemento
  • Lección 12. Cemento para hormigones resistentes a sulfatos en cimentaciones
  • Lección 13. Carretillas manuales o a motor para el transporte del hormigón
  • Lección 14. Hormigonado con cubilote
  • Lección 15. Transporte del hormigón mediante cintas transportadoras
  • Lección 16. Colocación del hormigón mediante bombeo
  • Lección 17. Torres distribuidoras de hormigón
  • Lección 18. Problemas de bombeo de hormigón
  • Lección 19. Hormigón proyectado: gunitado
  • Lección 20. Recomendaciones para el vertido de hormigón
  • Lección 21. Trompas de elefante para la colocación del hormigón
  • Lección 22. Hormigonado con tubería Tremie
  • Lección 23. Técnicas de colocación del hormigón bajo el agua
  • Lección 24. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo caluroso
  • Lección 25. Fabricación y colocación del hormigón en tiempo frío
  • Lección 26. Hormigonado en condiciones de viento
  • Lección 27. Vertido y compactación de hormigón en soportes de sección reducida
  • Lección 28. Grandes vertidos de hormigón
  • Lección 29. Razones para compactar el hormigón
  • Lección 30. Compactación manual del hormigón: picado y apisonado
  • Lección 31. Compactación del hormigón por vibrado
  • Lección 32. Vibradores de aguja para compactar el hormigón
  • Lección 33. Vibradores externos para encofrados de hormigón
  • Lección 34. Mesa vibrante de hormigón
  • Lección 35. Compactación del hormigón con regla vibrante
  • Lección 36. Compactación del hormigón por centrifugación
  • Lección 37. Hormigón al vacío
  • Lección 38. Alisadoras rotativas o fratasadoras
  • Lección 39. Revibrado del hormigón
  • Lección 40. Agrietamiento plástico durante el fraguado del hormigón: Nomograma de Menzel
  • Lección 41. Necesidad y fases del curado del hormigón
  • Lección 42. Curado de pavimentos y otras losas de hormigón sobre tierra
  • Lección 43. Curado al vapor del hormigón e índice de madurez
  • Lección 44. Hormigón de limpieza en fondos de excavación
  • Lección 45. Las juntas de construcción en el hormigón
  • Lección 46. Hormigón precolocado: Prepakt y Colcrete
  • Lección 47. Hormigón reforzado con fibra de vidrio
  • Lección 48. Hormigón autocompactante
  • Lección 49. Hormigones compactados con rodillo
  • Lección 50. Hormigones ligeros
  • Supuesto práctico 1.
  • Supuesto práctico 2.
  • Supuesto práctico 3.
  • Batería de preguntas final

Conozca a los profesores

Víctor Yepes Piqueras

Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos (1982-1988). Número 1 de promoción (Sobresaliente Matrícula de Honor). Especialista Universitario en Gestión y Control de la Calidad (2000). Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos, Sobresaliente “cum laude”. Catedrático de Universidad en el área de ingeniería de la construcción en la Universitat Politècnica de València y profesor, entre otras, de las asignaturas de Procedimientos de Construcción en los grados de ingeniería civil y de obras públicas. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social. Su experiencia profesional se ha desarrollado como jefe de obra en Dragados y Construcciones S.A. (1989-1992) y en la Generalitat Valenciana como Director de Área de Infraestructuras e I+D+i (1992-2008). Ha sido Director Académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (2008-2017), obteniendo durante su dirección la acreditación EUR-ACE para el título. Profesor Visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Investigador Principal en 6 proyectos de investigación competitivos. Ha publicado más de 175  artículos en revistas indexadas en el JCR. Autor de 10 libros, 22 apuntes docentes y más de 350 comunicaciones a congresos. Ha dirigido 17 tesis doctorales, con 10 más en marcha. Sus líneas de investigación actuales son las siguientes: (1) optimización sostenible multiobjetivo y análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón, (2) toma de decisiones y evaluación multicriterio de la sostenibilidad social de las infraestructuras y (3) innovación y competitividad de empresas constructoras en sus procesos. Ha recibido el Premio a la Excelencia Docente por parte del Consejo Social, así como el Premio a la Trayectoria Excelente en Investigación y el Premio al Impacto Excelente en Investigación, ambos otorgados por la Universitat Politècnica de València.

Lorena Yepes Bellver

Lorena Yepes Bellver es Profesora Asociada en el Departamento de Mecánica de los Medios Continuos y Teoría de las Estructuras de la Universitat Politècnica de València. Es ingeniera civil, máster en ingeniería de caminos, canales y puertos y máster en ingeniería del hormigón. Ha trabajado en los últimos años en empresas constructoras y consultoras de ámbito internacional. Aparte de su dedicación docente e investigadora, actualmente se dedica a la consultoría en materia de ingeniería y formación.

Nuevo estudio propone solución clave para reducir la huella de carbono en grandes proyectos de construcción internacionales

Un estudio innovador, titulado «Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects» y publicado en la prestigiosa revista Scientific Reports, aborda un desafío crítico para la construcción internacional: cómo optimizar las emisiones y las fugas de carbono en grandes proyectos de infraestructura.

Liderado por Zhiwu Zhou, de la Hunan University of Science and Engineering, y colaboradores como Víctor Yepes de la Universitat Politècnica de València, el artículo desarrolla un modelo matemático avanzado para analizar y predecir las emisiones de carbono a lo largo de todo el ciclo de vida de los proyectos de construcción en diferentes países. Este estudio es especialmente relevante en un contexto donde la globalización y el comercio internacional están impulsando el crecimiento económico, pero también contribuyendo de manera significativa al cambio climático.

Contexto y relevancia del estudio

El fenómeno conocido como «fuga de carbono» se ha convertido en un problema clave en la lucha contra el cambio climático. Este término se refiere al traslado de actividades productivas intensivas en carbono desde países con regulaciones estrictas sobre emisiones a países con normativas más laxas, lo que, paradójicamente, puede aumentar las emisiones globales. A medida que los países desarrollados implementan políticas más estrictas para reducir sus emisiones, existe la preocupación de que esto pueda incentivar a las empresas a trasladar su producción a países en desarrollo, exacerbando el problema en lugar de solucionarlo.

La construcción es uno de los sectores que más contribuye a las emisiones de carbono a nivel mundial. De hecho, la infraestructura está vinculada al 50 % de las emisiones globales, y se prevé que la inversión en infraestructuras alcance los 94000 millones de dólares para 2040, lo que pone de manifiesto la importancia de abordar el problema en este sector. El estudio de Zhou y su equipo se centra en ofrecer una herramienta para medir y mitigar la fuga de carbono en los grandes proyectos internacionales de construcción.

Metodología del estudio

La investigación combina una revisión bibliográfica extensa con el desarrollo de un modelo matemático que tiene en cuenta múltiples factores de incertidumbre asociados a los proyectos internacionales. Para analizar las emisiones y fugas de carbono, los investigadores emplearon bases de datos de cadenas de suministro reconocidas a nivel internacional, como Ecoinvent y OpenLCA, conforme a los estándares ISO 14040 e ISO 14044. Estas bases de datos permiten rastrear el ciclo de vida completo de los materiales y la energía utilizados en un proyecto, desde la extracción de materias primas hasta el transporte, la construcción y la eventual demolición.

El estudio utilizó como caso práctico un importante proyecto de infraestructura: el puente transnacional China-Indonesia, un proyecto internacional clave gestionado bajo el modelo EPC (ingeniería, contratación y construcción). Este puente, que conecta ambos países, se convirtió en un ejemplo ideal para analizar la huella de carbono debido a su complejidad técnica y logística, así como su impacto transnacional. El análisis de este caso permitió a los autores validar la robustez de su modelo teórico.

Resultados más destacados

Uno de los hallazgos más importantes del estudio es la notable diferencia en la huella de carbono entre los países exportadores e importadores. En el caso del puente China-Indonesia, los datos revelaron que la proporción de emisiones de carbono entre los países exportadores e importadores era de 0,577:100, lo que indica que los países que producen materiales y maquinaria (en este caso, China) soportan una mayor parte de la carga de emisiones. Esto sugiere que los países importadores, que son los principales beneficiarios de los proyectos de infraestructura, deberían asumir una mayor responsabilidad en la compensación de estas emisiones.

Además, el estudio pone de relieve que la utilización de acero, cemento y otros materiales intensivos en carbono es una de las principales fuentes de emisiones en los proyectos de construcción internacionales. Sin embargo, los resultados mostraron que optimizar la cadena de suministro y aplicar técnicas de transporte más eficientes pueden reducir significativamente estas emisiones. Por ejemplo, el uso de transporte marítimo en lugar de aéreo o terrestre para mover grandes volúmenes de materiales redujo las emisiones de manera sustancial.

Otro resultado clave es que la fuga de carbono no solo se produce durante la fase de construcción, sino también a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto, desde el diseño hasta la demolición. Las emisiones asociadas al diseño, el transporte y el montaje de los materiales también representan una parte significativa del impacto ambiental total de los proyectos.

Implicaciones del estudio

Este estudio tiene importantes implicaciones para los responsables políticos y las empresas constructoras. En primer lugar, los autores destacan la necesidad de desarrollar políticas más eficaces para gestionar la fuga de carbono en el comercio internacional. Las políticas actuales, como los ajustes en las fronteras de carbono (Carbon Border Adjustment Mechanisms, CBAM), son un buen paso hacia la reducción de la fuga de carbono, pero no son suficientes si no se aplican de manera coordinada a nivel global. Los investigadores sugieren que las empresas que participan en proyectos internacionales de construcción deben tener en cuenta no solo el coste económico, sino también el impacto ambiental y la huella de carbono de sus operaciones.

Por otro lado, el estudio subraya la importancia de optimizar las cadenas de suministro internacionales para reducir las emisiones de carbono. Esto implica seleccionar cuidadosamente los materiales, gestionar de manera eficiente el transporte y adoptar tecnologías más limpias durante el proceso de construcción. Los investigadores argumentan que los esfuerzos por reducir las emisiones deben extenderse a todas las fases del proyecto, no solo a la construcción, y que las empresas deben colaborar más estrechamente con los gobiernos para diseñar estrategias eficaces de mitigación del carbono.

Conclusiones

En resumen, el estudio ofrece una herramienta valiosa para evaluar y mitigar las emisiones y fugas de carbono en proyectos de construcción internacionales. Al utilizar un enfoque matemático riguroso y bases de datos internacionales de alto nivel, este trabajo proporciona un marco científico sólido para ayudar a los gobiernos y a las empresas a tomar decisiones más informadas sobre cómo reducir el impacto ambiental de sus proyectos.

Este enfoque no solo es relevante para los proyectos de infraestructura a gran escala, sino que también tiene el potencial de influir en la forma en que las políticas de carbono se diseñan e implementan a nivel global. La investigación concluye que, aunque los costes iniciales de adoptar prácticas más sostenibles pueden ser elevados, los beneficios a largo plazo, tanto en términos económicos como ambientales, justifican plenamente esta inversión.

Referencia:

ZHOU, Z.; WANG, Y.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Research on coupling optimization of carbon emissions and carbon leakage in international construction projects. Scientific Reports, 14: 10752. DOI:10.1038/s41598-024-59531-4

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Métodos modernos de construcción mejoran la sostenibilidad de estructuras en entornos costeros agresivos

Un estudio reciente, titulado «Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment» ha sido publicado en el Journal of Building Engineering, una de las revistas de mayor prestigio en el ámbito de la ingeniería civil. Desarrollado en el marco del proyecto RESILIFE, investiga la sostenibilidad del mantenimiento preventivo de estructuras de hormigón armado en entornos agresivos, como las zonas costeras, donde la corrosión por cloruros representa una amenaza constante.

El trabajo se centra en aplicar métodos modernos de construcción (MMC) para optimizar el impacto ambiental, económico y social de las estructuras a lo largo de su ciclo de vida.

Contexto del estudio

La industria de la construcción es una de las mayores consumidoras de recursos no renovables y genera un impacto significativo en el medio ambiente. En la Unión Europea, el sector es responsable de más del 40 % del consumo energético y de un 36 % de las emisiones de CO₂. Ante este escenario, iniciativas como el Green Deal Europeo buscan mitigar estos impactos y alcanzar la neutralidad de carbono para 2050. En este contexto, los métodos de construcción sostenibles y eficientes han adquirido una gran relevancia. En este contexto, los MMC emergen como una alternativa innovadora que combina materiales convencionales con técnicas constructivas no convencionales, enfocadas en mejorar la eficiencia y reducir el impacto ambiental.

El objetivo de la investigación fue aplicar estos métodos a la construcción de estructuras de hormigón en áreas costeras, específicamente un edificio residencial público situado frente al mar en Sancti Petri (Cádiz). En el estudio se analizaron diez opciones de diseño para las losas de hormigón armado, considerando factores como la economía, el impacto ambiental y social, y los ciclos de mantenimiento preventivo que cada opción requeriría durante la vida útil del edificio, estimada en 50 años.

Metodología y opciones de diseño

El estudio se centró en evaluar la durabilidad y sostenibilidad de diferentes alternativas de diseño en condiciones adversas, como la exposición constante a cloruros, que aceleran la corrosión del refuerzo de acero en el hormigón. Para ello, se evaluaron varias técnicas, entre ellas la adición de humo de sílice al 5 %, cenizas volantes, el uso de cemento sulforresistente o el incremento de la capa de recubrimiento del hormigón. También se consideraron medidas como la protección catódica y el uso de inhibidores de corrosión hidrofóbicos, con el fin de minimizar los ciclos de mantenimiento necesarios para preservar la estructura.

Resultados más relevantes

Los resultados indicaron que el empleo de hormigón con un 5 % de humo de sílice fue la opción más sostenible en términos económicos y ambientales, ya que redujo significativamente los ciclos de mantenimiento. Este material mostró una excelente resistencia a la corrosión, por lo que se redujeron las reparaciones necesarias durante los 50 años de vida útil del edificio. Además, la impregnación hidrofóbica resultó eficaz para reducir los impactos sociales, puesto que requiere menos intervenciones durante la fase de mantenimiento, lo que reduce los riesgos laborales y los costes sociales asociados.

El estudio también subraya la importancia de adoptar un enfoque holístico en la evaluación de la sostenibilidad. En lugar de centrarse solo en los aspectos económicos o ambientales, los autores emplearon un método de toma de decisiones multicriterio que integra estos factores junto con el impacto social. De hecho, la investigación reveló que una opción basada en el uso de cemento sulforresistente logró un aumento del 86 % en su calificación de sostenibilidad en comparación con el diseño de referencia.

Implicaciones y conclusiones

Este trabajo tiene importantes implicaciones para el diseño y el mantenimiento de infraestructuras en entornos expuestos a condiciones agresivas. Los autores sugieren que el enfoque tradicional, que a menudo se centra en minimizar los costes iniciales de construcción, debe reorientarse hacia una estrategia a largo plazo que considere todo el ciclo de vida de la estructura. De este modo, no solo se puede garantizar la viabilidad económica, sino también la reducción del impacto ambiental y social de las construcciones.

Además, el estudio pone de relieve la necesidad de promover políticas y normativas que incentiven el uso de materiales duraderos y métodos de mantenimiento preventivo, especialmente en zonas costeras, donde los edificios son particularmente vulnerables a la corrosión. El uso de métodos modernos de construcción (MMC) y la evaluación integral del ciclo de vida podrían ser claves para cumplir con los objetivos de sostenibilidad globales y garantizar la durabilidad de las infraestructuras frente a los desafíos ambientales futuros.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2024). Sustainable preventive maintenance of MMC-based concrete building structures in a harsh environment. Journal of Building Engineering, 95:110155. DOI:10.1016/j.jobe.2024.110155

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La ingeniería humanitaria potencia la visión integral y empática en estudiantes

Un estudio reciente, titulado «The Impacts of Humanitarian Engineering on Sociotechnical Thinking», liderado por Jeffrey P. Walters y su equipo, explora cómo el contexto de la ingeniería humanitaria (HE) afecta al desarrollo del pensamiento social y técnico en estudiantes de ingeniería.

La investigación se centra en comparar las diferencias en la forma en que los estudiantes afrontan un desafío de diseño, en concreto, el de un muro de contención, en dos contextos distintos: Misisipi (Estados Unidos), un entorno no humanitario, y Bangladés, que representa una situación de ingeniería humanitaria.

 

El contexto del estudio

El estudio parte de la premisa de que la ingeniería no puede entenderse únicamente desde una perspectiva técnica, ya que toda solución de ingeniería implica un impacto social. Este concepto, conocido como «pensamiento sociotécnico», se ha convertido en un aspecto importante en la formación en ingeniería, especialmente debido a las crecientes demandas de la industria de profesionales que no solo dominen la técnica, sino que también comprendan y gestionen las implicaciones sociales y éticas de sus proyectos.

La investigación se basa en un experimento realizado con estudiantes de primer y tercer año de diferentes disciplinas de ingeniería en una universidad de EE. UU. Se les planteó un reto de diseño: construir un muro de contención para prevenir inundaciones, en uno de los dos contextos asignados aleatoriamente. Los estudiantes del grupo de Misisipi (contexto no humanitario) recibieron información centrada en las pérdidas económicas que las inundaciones causaron en la industria y la economía nacional. Por otro lado, los estudiantes asignados al contexto de Bangladés (contexto humanitario) se enfrentaron a un escenario en el que las inundaciones habían desplazado a más de 300 000 personas, la mayoría viviendo por debajo del umbral de pobreza mundial.

Resultados clave y análisis

El estudio reveló diferencias significativas entre ambos grupos en cuanto a la forma en que percibían el problema y las soluciones propuestas. Los estudiantes que trabajaron en el contexto de Bangladés mencionaron un mayor número de factores sociotécnicos que sus compañeros asignados al contexto de Misisipi. Estos factores incluyen consideraciones sobre la capacidad de la comunidad local para construir y mantener la infraestructura, el impacto en la vida cotidiana de las personas afectadas y la importancia de adaptar el proyecto a los recursos limitados disponibles. Además, estos estudiantes mostraron un enfoque más empático, poniendo énfasis en la seguridad y el bienestar de las comunidades.

Por el contrario, los estudiantes que trabajaron en el contexto de Misisipi se centraron principalmente en los aspectos técnicos del diseño, como el coste, los materiales y la estructura física de la pared. Si bien también mencionaron algunos factores sociales y técnicos, su enfoque estuvo más limitado a la funcionalidad técnica y la eficiencia del proyecto.

Implicaciones educativas

Este estudio ofrece una valiosa evidencia de cómo la integración de contextos humanitarios en la enseñanza de la ingeniería puede influir profundamente en la forma en que los estudiantes abordan los problemas de diseño. Los resultados sugieren que el enfoque de ingeniería humanitaria fomenta un pensamiento más holístico y complejo, en el que los futuros ingenieros no solo consideran los aspectos técnicos, sino también las consecuencias sociales de sus decisiones.

Además, el estudio destaca la necesidad de abordar la enseñanza del pensamiento social y técnico con cautela. Si bien los estudiantes que trabajaron en el contexto de Bangladés mostraron mayor empatía, algunos de ellos también presentaron sesgos implícitos al asumir que la comunidad local carecía de las habilidades necesarias para construir o mantener la infraestructura, lo que podría perpetuar estereotipos negativos y enfoques paternalistas en el desarrollo global. El equipo de investigación subraya la necesidad de abordar estos sesgos en la enseñanza para garantizar que los estudiantes no solo aprendan a integrar factores sociales y técnicos, sino que también lo hagan desde una perspectiva ética y culturalmente sensible.

Conclusiones y futuro

Este trabajo subraya la importancia de que los futuros ingenieros desarrollen habilidades sociotécnicas que les permitan pensar más allá de las soluciones técnicas y considerar las complejas interacciones entre la tecnología y la sociedad. En un mundo cada vez más interconectado, con problemas de sostenibilidad y justicia social en aumento, estas competencias serán fundamentales para garantizar que los ingenieros puedan proyectar soluciones que no solo sean eficientes, sino también equitativas y sostenibles.

Los investigadores concluyen que integrar de manera consistente este tipo de desafíos en los programas educativos de ingeniería podría ser una estrategia eficaz para fomentar una mayor conciencia y capacidad de respuesta ante los problemas sociales y éticos en los futuros profesionales. Asimismo, se sugiere que futuras investigaciones profundicen en cómo la exposición a estos contextos, en actividades más prolongadas o en escenarios reales, afecta al desarrollo del pensamiento sociotécnico y la empatía en los estudiantes a lo largo de su formación académica.

Referencia:

Walters, J. P., Frisch, K., Yasuhara, K., & Kaminsky, J. (2025). The Impacts of Humanitarian Engineering Context on Students’ Sociotechnical Thinking. Journal of Civil Engineering Education, 151(1), 04024006.

​Se pueden consultar los siguientes artículos del blog relacionados con la ingeniería humanitaria:

La ingeniería humanitaria y la teoría del cisne negro: Totalán, DANA, Zaldibar y el coronavirus nos dan las claves

Ingeniería civil humanitaria. Cómo afrontar una emergencia: Lecciones aprendidas de Totalán