Categoría: ingeniería

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

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

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

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

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

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

La vivienda más eficiente está hecha de acero ligero.

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

Esta solución resultó ser superior por varias razones clave:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Referencia

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

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El color en la ingeniería: más que una capa, un lenguaje estético por descubrir.

Presa de Aldeadávila. Difícil no emocionarse ante este arco gravedad

El 18 de septiembre de 2025 participaré en los Encuentros RUITEM. Voy a intervenir en una ponencia sobre el color en la ingeniería y, después, en una mesa redonda. Para los interesados en participar de forma telemática, hay un enlace de inscripción: https://forms.gle/wudmr4nUwpwZFiwP6. No obstante, para ir abriendo boca, os adelanto parte de la ponencia, que también podéis leer en un artículo que escribí en su momento sobre la calidad visual a través del color. Así que aquí os dejo mis ideas al respecto.

Hoy quiero retomar una reflexión que me parece fundamental y que, con frecuencia, se aborda de manera insuficiente en nuestros planes de estudio y en el día a día de la profesión: la calidad visual y la estética en las obras de ingeniería. Existe un interés creciente en que nuestras obras no solo sean funcionales y económicas, sino también estéticamente atractivas. Sin embargo, esta valoración estética plantea interrogantes y, como decía Modesto Batlle (2005), a veces caemos en el mecanismo de autodefensa de pensar que el diseño no es importante. Pero contraponer funcionalidad y belleza es, sin duda, tomar el camino equivocado.

Como decía Javier Manterola (2010), la ingeniería, al igual que la pintura, la escultura o la arquitectura, posee su propio lenguaje artístico y es el espectador quien, si lo entiende, puede calibrar el valor intrínseco de la obra. David P. Billington acuñó el término «arte estructural» para referirse a la manifestación artística del ingeniero de estructuras, visible en puentes, rascacielos y cubiertas de gran luz. La clave reside en la búsqueda de la verdad estructural como base de los valores estéticos, donde la forma controla las fuerzas y, cuanto más clara sea la visualización, más seguridad tendrá el proyectista en esa forma. Eduardo Torroja hablaba de La lógica de la forma, donde la función guía el diseño y la belleza surge de la fusión entre la forma artística y la resistente, haciendo que los adornos superfluos carezcan de sentido. No obstante, Juan José Arenas (1995) niega rotundamente que el rigor de la ingeniería estructural sea suficiente para alcanzar el nivel de «arte» y destaca que los mejores ingenieros buscan una síntesis entre arte y tecnología, entre forma y mecanismos resistentes, y entre la claridad de expresión externa y la eficiencia del comportamiento estructural interno.

Entrar en el campo de la estética de las infraestructuras es complejo, ya que se combinan aspectos como la armonía con el entorno, la esbeltez, el orden o la proporción, junto con la eficiencia económica y estructural. La valoración es una respuesta emocional del observador, influida por la subjetividad, las modas y el contexto histórico-cultural. Una de las formas más universales de aproximarse a esta realidad es el lenguaje visual, que trasciende las bellas artes y está presente en todo nuestro universo visual. Para que el espectador se convierta en observador y pueda juzgar el valor de una infraestructura, es necesaria una alfabetización visual. Gran parte de nuestros conocimientos sobre la percepción humana y el significado visual provienen de la psicología de la Gestalt, que nos enseñó que el todo es más que la suma de las partes. Nuestro cerebro simplifica la realidad organizando los componentes en formas y objetos, creando contrastes e incluso realidades mediante ilusiones ópticas. El diseño es la expresión visual de una idea transmitida a través de la composición, en la que los elementos básicos del lenguaje visual —el punto, la línea, las superficies y el volumen— crean formas que se integran en el paisaje.

Círculo cromático en la teoría tradicional del color

En este artículo, me centraré en un aspecto fundamental de la calidad visual: el color. El color no existe como tal, sino que son las células de la retina las que reaccionan a las longitudes de onda de la luz reflejada. Los modelos de color, ya sea RGB para la luz o CMYK para los pigmentos o el tradicional modelo RYB del arte, nos permiten comprender cómo se mezclan los colores. Los colores tienen tres atributos básicos: el matiz o tono, la luminosidad (cercanía al blanco o al negro) y la saturación o pureza (concentración de gris). Aunque el color se ha utilizado magistralmente en otras disciplinas, en ingeniería civil se ha desconocido casi por completo su potencial espacial. Históricamente, el color en obra pública se ha llegado a considerar un ornamento innecesario o «casi delictivo». Sin embargo, Le Corbusier ya argumentaba que «el color modifica el espacio», «clasifica los objetos» y «actúa psicológicamente sobre nosotros». El color es una herramienta potente que interfiere en las propiedades visuales de la forma y permite mimetizar o singularizar estructuras con el paisaje, integrar o desintegrar elementos e incluso vincularse a la cultura local y añadir un valor artístico.

Entonces, ¿tiene sentido colorear una obra de ingeniería? ¡Por supuesto que sí! El color es lo más económico y visible en nuestras obras. Puede servir para integrar la obra mediante mimetismo o para llamar la atención con colores saturados o claros; por ejemplo, en puentes, para destacar el flujo de fuerzas. También puede servir para ocultar elementos o como signo identitario. Los colores influyen en las emociones del observador: los tonos fríos (azules y verdes) transmiten tranquilidad e introspección, mientras que los tonos cálidos (rojos y amarillos) proyectan energía y dinamismo. Los colores neutros (gris, negro y blanco) son muy versátiles. Además, la pintura nos ha enseñado las formas compositivas del color: armonía y contraste.

  • Los colores complementarios, opuestos en el círculo cromático, ofrecen el máximo contraste y refuerzan mutuamente su vibración, por lo que son ideales para proyectos de fuerte impacto, aunque hay que tener cuidado para evitar el caos.
  • La armonía doble de complementarios utiliza dos colores y sus complementarios, por lo que también es arriesgada si no se gestionan bien los porcentajes.
  • Los complementarios divididos o adyacentes ofrecen un contraste menor y se basan en los colores adyacentes al complementario.
  • Las armonías de colores análogos son aquellas que están próximas en la rueda cromática y que armonizan muy bien entre sí. Son habituales en la naturaleza y resultan muy útiles para integrar obras con el paisaje.
  • Las tríadas son tres colores equidistantes en el círculo cromático.
  • La armonía monocromática, basada en un solo color y sus variaciones de saturación y luminosidad, aporta sobriedad y elegancia, aunque puede resultar monótona si no se rompe con una pizca de color complementario. El blanco, por ejemplo, es una elección armónica muy frecuente en puentes modernos.
Formas compositivas del color
Puente Juan Bravo, en Madrid. www. dobooku

Hemos visto cómo el acero Corten, de color rojo anaranjado, se integra de forma natural en el paisaje, como en el puente Juan Bravo de Madrid, donde aporta ligereza visual y tonos análogos a los tostados y marrones de la naturaleza. Otro ejemplo paradigmático del uso deliberado del color es el puente Golden Gate de San Francisco. Su característico rojo ligeramente anaranjado, denominado «naranja internacional», no solo realza la singularidad de la estructura y se funde con el entorno natural de tonos cálidos, sino que contrasta con los colores fríos del cielo y el mar y ofrece una excelente visibilidad a los buques en tránsito en una zona con niebla densa. ¡Imaginen que la Armada estadounidense hubiera impuesto su idea de pintarlo de negro y amarillo! El arquitecto Irving Morrow fue clave en la elección de este color icónico.

Puente colgante Golden Gate, en San Francisco. La segunda imagen corresponde al color que quería la Armada estadounidense. Crédito: Joan Campderrós-i-Canas/CC BY 2.0; Golden Gate Bridge, https://www.californiasun.co/stories/6-fascinating-facts-about-california-avocado-and-bumble-bee-bridge-edition/

Por último, no puedo dejar de mencionar un caso que me toca de cerca: el puente Fernando Reig de Alcoy. Inaugurado en 1987, este puente atirantado, diseñado por ingenieros de la talla de José Antonio Fernández Ordóñez y Julio Martínez Calzón, no solo era una proeza técnica, sino también una obra con una concepción estética profunda. Fernández Ordóñez lo concibió como una obra «sublime», con una pila que surge del barranco en representación de la tradición constructiva y que se prolonga en un «gran arco triunfal». La elección del color no fue baladí: un hormigón especial de color rosa en la pila, idéntico al de las rocas adyacentes, y un gris muy claro en el tablero. Con ello se buscaba una lectura simbólica: la vertical de la pila como vínculo con el cosmos, la horizontal del tablero como línea de reposo unida a la tierra y los tirantes simbolizando la ascensión. El cuidado puesto en la elección de los materiales y su color, hasta el punto de pintar la parte inferior de los tirantes de gris para no distorsionar la línea horizontal, demuestra una intención artística profunda.

Puente Fernando Reig de Alcoy, antes de la remodelación. Wikipedia

Sin embargo, tras una remodelación debida a la rotura de un tirante, el puente luce ahora una capa de pintura blanca en pilares, tirantes y tablero que, en mi opinión, desvirtúa la idea y concepción estética buscada por su autor. Aunque se aleguen razones técnicas, estoy convencido de que se podría haber respetado la obra tal y como la concibió su creador. Se les ha robado a las futuras generaciones la oportunidad de comprender el significado original de la obra.

Puente Fernando Reig de Alcoy, tras su remodelación. Imagen: V. Yepes (2019)

Este caso subraya la importancia de respetar la integridad de una obra de ingeniería, ya que en ella hay un lenguaje visual y un contenido conceptual que merecen ser comprendidos y preservados. Como solía decir Fernández Ordóñez, y es perfectamente aplicable a nuestras obras: «El hecho artístico no debe juzgarse ni defenderse, solo comprenderse» (Julius Schlosser).

Espero que esta reflexión sirva para poner en valor la dimensión estética de nuestra profesión y nos impulse a todos a observar nuestras obras no solo con el ojo técnico, sino también con la mirada de un observador que busca la emoción y el significado.

Os dejo una entrevista que me hicieron en Radio Alcoy al respecto de la remodelación de este puente.

En este audio, tenemos las ideas fundamentales. Espero que os sea interesante.

Os dejo un resumen en forma de vídeo, que recoge estas ideas.

Referencia:

YEPES, V. (2019). La calidad visual a través del color. Cuadernos de Diseño en la Obra Pública, 11:4-10. ISSN: 2013-2603.

Glosario de términos clave

  • Estética en ingeniería: La rama de la filosofía que estudia la belleza y la percepción de la belleza en las obras de ingeniería, que no solo deben ser funcionales y económicas sino también visualmente atractivas.
  • Arte estructural (David P. Billington): Término acuñado para describir la manifestación artística del ingeniero de estructuras, evidente en obras como puentes, rascacielos y cubiertas de gran luz, donde la belleza surge de la «verdad estructural».
  • La lógica de la forma (Eduardo Torroja): Principio de diseño que establece que la función de una estructura debe guiar su forma, de modo que la belleza surge intrínsecamente de la expresión clara de cómo se transmiten las cargas.
  • Lenguaje visual: Un sistema universal de comunicación que utiliza elementos visuales (punto, línea, superficie, volumen, color) y sus principios compositivos para transmitir ideas, emociones y significados, trascendiendo las barreras lingüísticas.
  • Psicología de la Gestalt: Corriente de la psicología que surgió en el siglo XX, cuyo principio básico es que «el todo supera a la suma de las partes» en la organización perceptual y que el cerebro simplifica la realidad analizando y organizando componentes visuales.
  • Alfabetización visual: La habilidad necesaria para comprender y juzgar el valor o demérito de una infraestructura y su contexto a través de la interpretación del lenguaje visual.
  • Composición visual: La organización y disposición de los elementos básicos del lenguaje visual (formas, tamaños, posiciones, direcciones y color) para crear una imagen o una obra.
  • Matiz o tono: Uno de los tres atributos básicos del color; se refiere al propio color, su cualidad específica (ej. rojo, azul, verde).
  • Luminosidad: Uno de los atributos básicos del color; indica la mayor o menor cercanía de un color al blanco o al negro, es decir, su claridad u oscuridad.
  • Saturación o pureza del color: Uno de los atributos básicos del color; se refiere a la intensidad o viveza de un color o su concentración de gris (un color desaturado es menos puro y más grisáceo).
  • Teoría del color: El conjunto de reglas y principios básicos sobre la mezcla de colores para conseguir el efecto deseado, abarcando modelos como RGB, CMYK y RYB.
  • Colores primarios: Los colores fundamentales a partir de los cuales se pueden crear todos los demás colores. En el modelo tradicional RYB son el Rojo, el Amarillo y el Azul; en el modelo aditivo (luz) RGB son Rojo, Verde y Azul.
  • Colores secundarios: Colores que se obtienen mezclando dos colores primarios en proporciones iguales (ej. violeta, naranja, verde en el modelo RYB).
  • Colores terciarios: Colores que resultan de la mezcla de un color primario con un color secundario adyacente (ej. rojo violáceo).
  • Círculo cromático: Una representación gráfica circular de los colores primarios, secundarios y terciarios, que muestra sus relaciones y cómo se mezclan.
  • Armonía de colores: La combinación de colores que producen un efecto visual agradable y equilibrado.
  • Colores complementarios: Colores que se encuentran en puntos opuestos en el círculo cromático, proporcionando el máximo contraste y reforzándose mutuamente visualmente.
  • Armonía de análogos: Colores que están próximos entre sí en el círculo cromático, armonizando muy bien debido a su similitud.
  • Armonía monocromática: Una combinación de colores que se basa en un solo color y sus diferentes tonos, variando su saturación y luminosidad mediante la adición de blanco, negro o gris.
  • Peso visual: La capacidad de un objeto o color de atraer la mirada del observador y parecer más denso o prominente. Los objetos grandes, texturizados o colores cálidos, saturados o claros suelen tener mayor peso visual.
  • Acero Corten (autopatinable): Un tipo de acero que se oxida en la superficie para formar una capa protectora de pátina, que le confiere un color rojizo-anaranjado característico y propiedades de resistencia a la corrosión, a menudo valorado por su integración paisajística.
  • Derecho a la integridad de la obra: Un derecho moral del autor que protege su obra de ser modificada, mutilada o alterada de una manera que pueda perjudicar su honor o reputación, o distorsionar la visión original del creador.

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Unidades VSM (Vertical Shaft Sinking Machine) para perforación de pozos

Figura 1. Simulación de la Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch trabajando con el pozo inundado a través de un terreno blando (cortesía de Herrenknetch).

Las unidades VSM (Vertical Shaft Sinking Machine) son equipos mecanizados diseñados para la construcción de pozos verticales en condiciones difíciles, como terrenos blandos intercalados con materiales más estables, suelos con resistencias a la compresión de hasta 140 MPa, presencia de aguas subterráneas o espacios confinados. Se utilizan en proyectos de túneles, accesos subterráneos, minería y soluciones urbanas, como aparcamientos subterráneos.

La VSM fue desarrollada por fabricantes como Herrenknecht a mediados de la década de 2000 y su uso se ha extendido internacionalmente debido a las ventajas en materia de seguridad y productividad que ofrece frente a los métodos convencionales. Su diseño modular le permite adaptarse a diferentes diámetros y profundidades, y su capacidad para operar en entornos urbanos y espacios confinados ha sido fundamental en proyectos como el sistema de túneles de Singapur y el metro de Nápoles.

 

Componentes principales:

Una unidad VSM se compone de:

  1. La VSM propiamente dicha, que incluye el bastidor, el cabezal de corte o tambor rozador equipado con picas y el brazo giratorio telescópico con capacidad de extensión de aproximadamente 1 m, que permite la excavación por «rebanadas» mediante un giro de 360°.
  2. Elementos auxiliares externos, encargados de controlar el descenso y la estabilidad, como zapatas de apoyo, winches y sistemas de control.

Estas máquinas suelen ser modulares y se adaptan al diámetro y a la profundidad requeridos. También pueden incorporar sistemas de monitorización digital para controlar el par de corte, el consumo de energía y las propiedades del lodo durante la excavación. Además, algunos modelos incluyen sensores avanzados que permiten predecir el desgaste de las picas y optimizar el rendimiento energético, lo que incrementa la eficiencia en obras de gran profundidad.

Figura 2. Elementos principales del Vertical Shaft Sinking Machine (VSM) de Herrenknetch (cortesía de Herrenknetch).

Proceso constructivo

El procedimiento de excavación y construcción con VSM consta de varias fases:

  • Inicio y excavación: la máquina se instala en el pozo de ataque y se fija a las paredes mediante brazos estabilizadores. El tambor rozador excava justo por debajo del anillo inferior metálico, facilitando el descenso de la estructura de hormigón.
  • Evacuación del material: el material excavado (detritos) se mezcla con agua para formar lodos, que son extraídos mediante bombas sumergibles de 200–400 m³/h. Posteriormente, los lodos se conducen a una planta de tratamiento externa, donde se separa el agua y se acondiciona el material sobrante para su gestión. En proyectos recientes, se ha implementado un sistema de reciclaje de lodos que reduce el consumo de agua hasta en un 40 %.
  • Estructura del pozo: el anillo inferior es de acero biselado, permitiendo que los anillos de hormigón se deslicen a medida que avanza la excavación. Los anillos prefabricados de hormigón se añaden desde la superficie y son empujados por cilindros hidráulicos (3 o 4 unidades habituales), conectados a través de cables de acero que soportan el peso total de la estructura.
  • Coordinación excavación-anillado: la excavación, el bombeo de ripios y el montaje de anillos deben sincronizarse cuidadosamente para evitar paradas prolongadas que comprometan la estabilidad del pozo. En obras internacionales, se ha documentado la integración de software de control automatizado que permite coordinar en tiempo real la excavación, el bombeo y el anillado, lo que aumenta la seguridad y reduce los retrasos.

Rendimientos y capacidades

  • Diámetros: las VSM pueden construir pozos de entre 4,5 y 19 m, en función del modelo y de las condiciones de la obra.
  • Profundidad: habitualmente alcanzan profundidades de hasta 85 m en terrenos heterogéneos, con registros documentados en proyectos internacionales.
  • Avance: la tasa de excavación varía entre 1 y 5 m/día, en función de la geología, el diámetro y el estado hidrogeológico. En terrenos blandos o con alta presencia de agua, el avance puede ser menor debido al mayor control de lodos requerido.

Gestión de lodos y sellado

Durante la excavación, el pozo permanece inundado con lodos bentoníticos, que garantizan la presión hidrostática y evitan derrumbes. Una vez alcanzada la profundidad final, se extrae el lodo y se procede a la instalación de la tubería.

  • El fondo del pozo se sella con un tapón de hormigón mientras permanece inundado.
  • El espacio anular se rellena con lechada de cemento.
  • Finalmente, se evacúa el lodo residual para dejar el pozo listo para su uso. Algunos proyectos incorporan sensores que monitorizan la presión y la composición del lodo durante la instalación del tapón para garantizar la integridad estructural.

Comparativa y ventajas

Frente a otros métodos de excavación vertical, como las Shaft Boring Machines (SBM), la VSM destaca por:

  • Montaje compacto y aplicabilidad en entornos urbanos.
  • Mayor seguridad al reducir la intervención manual en el frente.
  • Alta productividad en diámetros medianos y grandes con suelos blandos o saturados.

No obstante, la elección entre VSM y otras tecnologías depende de parámetros como el diámetro requerido, la profundidad y las condiciones geológicas.

Conclusión

Las VSM son una solución mecanizada, eficiente y segura para la construcción de pozos de gran diámetro en condiciones complejas. Su modularidad, su capacidad para operar en suelos saturados y la posibilidad de integrar tecnologías digitales de control las convierten en una herramienta esencial en proyectos de infraestructuras, minería y entornos urbanos. El uso de sensores avanzados y sistemas de control automatizado permite optimizar el rendimiento, aumentar la seguridad y reducir el impacto medioambiental de los proyectos a gran escala.

Os dejo algunos vídeos al respecto de esta máquina:

Referencias

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Félix Candela: Maestro de las estructuras laminares

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Os dejo algunos vídeos sobre Candela.

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

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Preguntas frecuentes sobre entibaciones

Figura 1. Detalle de cajones de blindaje Robust BOX. Fuente: www.atenko.com

1. ¿Qué es una entibación y cuándo es necesaria en construcción?

Una entibación es un sistema provisional de contención de tierras compuesto por elementos (metálicos o de madera) que se apuntalan entre sí. Su función principal es evitar el derrumbe de las paredes verticales en excavaciones como zanjas, minas, galerías subterráneas o pozos. Se utiliza cuando no es posible crear un talud estable que impida los desprendimientos o restrinja los movimientos del terreno. También es crucial cuando la profundidad de la zanja supone un peligro para los trabajadores, en concreto a partir de 1,30 m en terrenos cohesivos y 0,80 m en terrenos no cohesivos, siempre que no haya otras solicitaciones adicionales. No sería necesaria una entibación si la excavación presenta taludes estables (45° en suelos no cohesivos, 60° en suelos cohesivos o 80° en suelos rocosos), pero factores desfavorables, como vibraciones fuertes o rellenos mal compactados, pueden hacerla indispensable. Además, es fundamental para evitar sifonamientos en suelos no cohesivos por debajo del nivel freático.

2. ¿Cuáles son los principales tipos de entibaciones de madera y sus aplicaciones?

Las entibaciones de madera se clasifican principalmente en dos tipos, según la disposición de sus tablas y el tipo de terreno:

  • Entibaciones con tablas horizontales: Se usan en terrenos cohesivos y autoestables durante la excavación. La excavación y la entibación se van alternando cada 0,80-1,30 m, apuntalando las tablas de lado a lado con codales o rollizos hasta alcanzar la profundidad total.
  • Entibaciones con tablas verticales: Ideales para terrenos sin cohesión, como arenas sueltas o lodazales. Las tablas verticales con punta se hincan con una maza antes de excavar y pueden alcanzar hasta 2 m de profundidad. A medida que se hincan, se colocan las correas o cabeceros y se apuntalan.
Figura 2. Entibación de madera. http://www.generadordeprecios.info/rehabilitacion/Acondicionamiento_del_terreno/Recalces/Entibaciones/

Además, las entibaciones de madera se clasifican según el porcentaje de superficie de excavación que cubren:

  • Entibación cuajada: Cubre el 100 % de las paredes, con tablones contiguos, y se utiliza en gravas, arenas sueltas, limos y arcillas blandas de escasa consistencia.
  • Entibación semicuajada: Cubre el 50 % de las paredes, con tablones separados unos 0,75 m, y se emplea en terrenos suficientemente compactos.
  • Entibación ligera: Cubre menos del 50 %, sin tableros, solo cabeceros apuntalados por codales separados entre 1,5 y 2 m. Se emplea también en terrenos compactos.

Aunque han sido reemplazadas en gran medida por sistemas metálicos por razones económicas y de velocidad, las entibaciones de madera siguen siendo útiles en zanjas con muchas tuberías transversales o cuando el transporte de otros sistemas no es posible.

3. ¿Qué es un muro berlinés y en qué situaciones se recomienda su uso?

Un muro berlinés es un sistema de entibación temporal que consiste en perfiles metálicos hincados verticalmente en el terreno y separados entre sí, de modo que se pueden insertar tablones de madera para contener las tierras. Es una técnica segura y económica para excavaciones de poca o media profundidad (normalmente de 3 a 8 metros) en terrenos poco estables, como suelos arenosos o finos.

Se clasifica como un muro flexible y «abierto», lo que significa que no impide el paso del agua subterránea, por lo que es necesario agotar el nivel freático de forma simultánea durante la excavación. No se recomienda su uso cerca de cimentaciones existentes ni en caso de presencia de nivel freático. Su proceso constructivo consiste en hincar perfiles de doble T a intervalos regulares y, a medida que se excava, colocar los tablones de madera entre las alas de los perfiles. La colocación de los perfiles en perforaciones preejecutadas minimiza los ruidos y las vibraciones en zonas urbanas, y la fácil manipulación de los tablones permite dejar espacios para las instalaciones existentes.

Figura 3. Muro berlinés

4. ¿Cuáles son las principales ventajas de las entibaciones metálicas frente a las de madera?

Las entibaciones metálicas, que a menudo están prefabricadas y están compuestas por paneles de aluminio o acero, presentan varias ventajas significativas con respecto a las de madera:

  • Rentabilidad y productividad: Son más económicas y rápidas de instalar debido a su ligereza, sencillez de colocación y menor necesidad de mano de obra.
  • Seguridad: Se montan y desmontan desde el exterior de la excavación con maquinaria, lo que reduce el riesgo para los operarios.
  • Reutilización y durabilidad: Pueden reutilizarse en numerosas ocasiones, con un mínimo mantenimiento y una larga vida útil.
  • Versatilidad: Permiten excavar zanjas de diversas anchuras y profundidades, independientemente de la longitud de la tubería que se vaya a instalar.
  • Eficiencia: El ritmo de colocación de tuberías es alto, ya que la excavación y la entibación se realizan simultáneamente.
  • Minimización de alteraciones: El extremo inferior de las entibaciones no llega al fondo de la excavación, por lo que no se alteran los rellenos laterales de los tubos al extraerlas y se mantiene la homogeneidad y compactación de los rellenos.
  • Extracción sencilla: En suelos expansivos, se puede regular la separación entre los paneles para relajar las presiones del suelo antes de la extracción y facilitar el proceso.

5. ¿Qué tipos de entibaciones con paneles metálicos existen y para qué profundidades son adecuadas?

Existen dos grandes familias de entibaciones con paneles metálicos, adecuadas para diferentes profundidades:

  • Sistemas de cajones de entibación (blindajes o escudos): Se recomiendan para profundidades máximas de 4 metros. Estos cajones están formados por dos paneles unidos por codales de longitud regulable y se utilizan no solo para el sostenimiento, sino también para proteger a los trabajadores. Se ensamblan en obra y pueden usarse en terrenos no cohesivos. Para profundidades mayores, su extracción se vuelve difícil y puede causar descompensaciones del terreno.
  • Sistemas con guías deslizantes (paneles con guías deslizantes): Ideales para profundidades superiores a 4 metros. Están formados por paneles de acero que se deslizan a lo largo de unas guías laterales unidas por codales. Son especialmente ventajosos en terrenos no cohesivos y permiten alcanzar mayores profundidades con dimensiones variables. Su diseño garantiza un deslizamiento suave y mantiene el paralelismo entre las planchas, lo que elimina los problemas de asentamiento.

También se menciona la entibación ligera con paneles de aluminio para suelos cohesivos, que no debe superar los 2,40 m de profundidad y que se utiliza comúnmente como blindaje del borde de zanjas de hasta 1,75 m para proteger aceras y calzadas en zonas urbanas. También se describe el sistema de entibación por presión hidráulica, con una profundidad recomendada de hasta 7 m. Este sistema es ideal para reparar conductos o instalar tuberías y es adecuado para trabajos arqueológicos, ya que no transmite vibraciones.

Figura 4. Entibadora hidráulica Pressbox Serie 800. Cortesía SBH Tiefbautechnick

6. ¿Cuáles son las medidas de seguridad más importantes a la hora de trabajar con entibaciones metálicas?

La seguridad es primordial al utilizarlas. Entre las medidas de prevención comunes y esenciales se incluyen:

  • Certificación y cumplimiento: Se deben emplear sistemas certificados que sigan estrictamente las instrucciones del fabricante, y verificar que las condiciones reales de la obra coincidan con el proyecto y las cargas admisibles.
  • Manipulación segura: Al manipular los paneles, el enganche debe realizarse en los cuatro puntos designados, utilizando eslingas y cadenas en perfecto estado y con marcado CE.
  • Protección completa de la excavación: Las entibaciones deben proteger toda la superficie excavada y sobresalir al menos 15 cm de la coronación de la zanja o pozo para evitar desplomes del frente de la excavación.
  • Orden de instalación y desinstalación: La entibación se ejecuta de arriba hacia abajo, mientras que el desentibado se realiza en orden inverso, de abajo hacia arriba, manteniendo la estabilidad de la excavación y rellenando y compactando simultáneamente.
  • Distancias de protección: Se deben respetar distancias de protección de al menos 0,60 m alrededor de la entibación, incluida la maquinaria.
  • Acceso seguro: Se deben disponer escaleras aseguradas para acceder a las zanjas, que deben sobrepasar al menos un metro del borde. Queda estrictamente prohibido subir y bajar por los codales.

7. ¿En qué se diferencia el método de descenso directo del método de descenso escalonado para la instalación de cajones de entibación?

Ambos métodos consisten en la instalación de cajones de blindaje o escudos, pero se aplican en condiciones del terreno diferentes:

  • Método de descenso directo (o de ajuste): En este método, la entibación se introduce completa hasta el fondo de una zanja ya excavada. Es adecuado para paredes de excavación estables y verticales, y cuando la zanja tiene la misma anchura que la entibación. El espacio entre la cara exterior del blindaje y el frente de excavación debe ser mínimo y rellenarse para evitar movimientos laterales del cajón. La instalación se realiza con maquinaria sencilla, como una retroexcavadora o una pequeña grúa.
  • Método de descenso escalonado (o de «corte y bajada»): Este método se utiliza para cajones provistos de bordes cortantes y es más adecuado para terrenos menos estables. Consiste en empujar cada panel con la cuchara de una pala excavadora, alternando el descenso con la excavación y la retirada del suelo. El avance en el descenso no debe exceder los 0,50 m del borde inferior de la plancha, lo que permite un control más gradual y seguro en condiciones en las que la zanja no puede permanecer abierta sin soporte.

8. ¿Qué papel juega el tipo de terreno en la selección de un sistema de entibación?

El tipo de terreno es un factor determinante a la hora de elegir el sistema de entibación más adecuado, ya que influye directamente en su estabilidad y en el empuje que ejercerá sobre las estructuras de contención.

  • Terrenos cohesivos (arcillas, limos firmes): Pueden ser autoestables durante periodos cortos. Las entibaciones con tablas horizontales son útiles para excavaciones alternas. Para entibaciones metálicas ligeras, los sistemas de cabeceros verticales son adecuados para suelos estables. En general, se requiere menos cobertura (entibación ligera o semicuajada) si son suficientemente compactos, pero a mayor profundidad o con solicitaciones externas (vial, cimentación), se necesitarán entibaciones más robustas (semicuajadas o cuajadas).
  • Terrenos no cohesivos o blandos (arenas sueltas, gravas, lodazales): Son inestables y propensos al desplome inmediato. Requieren entibaciones que cubran la totalidad de las paredes (entibación cuajada de madera) o sistemas de contención continua. Para las entibaciones de madera se emplean tablas verticales que se hincan antes de excavar. Las entibaciones metálicas con guías deslizantes son muy recomendables a partir de los 4 m de profundidad en terrenos flojos y no cohesivos, al igual que los cajones de blindaje para profundidades máximas de 4 m.
  • Terrenos con nivel freático: La presencia de agua subterránea añade complejidad. Las entibaciones «abiertas», como el muro berlinés, requieren un agotamiento simultáneo del nivel freático. En suelos no cohesivos por debajo del nivel freático, es esencial utilizar una entibación para evitar el peligro de sifonamiento.

La Norma Tecnológica NTE-ADZ establece recomendaciones específicas sobre los tipos de entibaciones de madera (ligera, semicuajada y cuajada) en función del tipo de terreno, solicitación (sin solicitación, vial o de cimentación) y profundidad de corte, y hace hincapié en la necesidad de realizar estudios pertinentes en caso de duda.

Os dejo un vídeo y un audio que resume este tema:

Glosario de términos clave

  • Acodalado: Se refiere a elementos estructurales que están soportados o apuntalados lateralmente por codales o puntales, proporcionando estabilidad contra movimientos horizontales.
  • Andamios: Estructuras auxiliares provisionales que sirven para elevar materiales y permitir el acceso de los trabajadores a distintos puntos de una obra.
  • Apeos: Estructuras provisionales diseñadas para sostener una parte de una edificación o terreno que se encuentra en riesgo de colapso, descargando el peso sobre elementos más estables.
  • Berma: Plataforma horizontal o escalón que se forma en el talud de una excavación o terraplén para mejorar su estabilidad, reducir la altura de la entibación o facilitar el acceso.
  • Cimbra: Estructura provisional de apoyo utilizada para sostener un arco, bóveda o losa de hormigón durante su construcción, hasta que adquiere la resistencia necesaria.
  • Codal: Elemento horizontal, generalmente un puntal o rollizo, que se coloca entre las paredes de una zanja o entre los paneles de una entibación para mantener su separación y resistir el empuje del terreno.
  • Cohesivo (terreno): Tipo de suelo que posee cohesión entre sus partículas (como las arcillas o limos), lo que le permite mantener una forma sin desmoronarse fácilmente.
  • Encofrado: Estructura temporal que moldea el hormigón fresco hasta que este fragua y adquiere su forma y resistencia definitiva.
  • Entibación: Sistema de contención provisional de tierras, compuesto por elementos de madera o metálicos, acodalados entre sí, para evitar el desplome de las paredes de excavaciones.
  • Entibación cuajada: Entibación de madera que cubre la totalidad de las paredes de la excavación, con los tablones situados uno a continuación del otro. Se usa en terrenos de muy escasa consistencia.
  • Entibación ligera: Entibación de madera que cubre menos del 50% de las paredes de la excavación, utilizando principalmente cabeceros apuntalados por codales. Se aplica en terrenos compactos.
  • Entibación semicuajada: Entibación de madera donde los cabeceros se unen con tablas verticales que cubren el 50% de las paredes de la excavación, con tablones separados aproximadamente 0,75 m. Se usa en terrenos compactos.
  • Nivel freático: Nivel superior de la capa de agua subterránea que satura el suelo. Su presencia afecta la estabilidad del terreno y la necesidad de entibaciones impermeables o sistemas de agotamiento.
  • No cohesivo (terreno): Tipo de suelo cuyas partículas no tienen cohesión entre sí (como las arenas o gravas), lo que lo hace propenso a desmoronarse si no se contiene.
  • Muro berlinés: Entibación temporal formada por perfiles metálicos (generalmente doble T) hincados verticalmente, entre los cuales se insertan tablones de madera para contener el terreno. Es de tipo flexible y «abierto» al agua subterránea.
  • Panel metálico: Componente prefabricado, generalmente de aluminio o acero, utilizado en sistemas de entibación moderna. Ofrecen ligereza, rapidez de instalación y alta resistencia.
  • Rollizo: Tronco de árbol sin labrar o descortezar, utilizado comúnmente como codal o puntal en entibaciones de madera.
  • Sifona miento: Fenómeno que ocurre en suelos no cohesivos bajo el nivel freático, donde el flujo de agua ascendente puede arrastrar partículas de suelo, provocando la pérdida de estabilidad y posibles desplomes.
  • Tablas (de madera): Elementos planos de madera, de un espesor determinado, utilizados para conformar las paredes de las entibaciones de madera, ya sea en disposición horizontal o vertical.
  • Tablestacas: Elementos prefabricados, generalmente metálicos o de hormigón, que se hincan en el terreno para formar una pantalla continua de contención, a menudo utilizada en entibaciones o muros pantalla.
  • Talud: Inclinación o pendiente de una superficie de terreno. En excavaciones, un talud estable es aquel que no requiere entibación para evitar el desplome.
  • Zanja: Excavación alargada y estrecha realizada en el terreno, generalmente para la instalación de tuberías, cables o cimentaciones.

 Referencias:

  • GARCÍA VALCARCE, A. (dir.) (2003). Manual de edificación: mecánica de los terrenos y cimientos. CIE Inversiones Editoriales Dossat-2000 S.L. Madrid, 716 pp.
  • GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, Barcelona, 309 pp.
  • IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
  • LAMBE, T.W.; WHITMAN, R.V. (1996). Mecánica de suelos. Limusa, México, D.F., 582 pp.
  • MINISTERIO DE FOMENTO (2002). Guía de Cimentaciones. Dirección General de Carreteras.
  • MINISTERIO DE LA VIVIENDA (2006). Código Técnico de la Edificación
  • TERZAGHI, K.; PECK, R. (1967). Soil Mechanics in Engineering Practice. 2nd Edition, John Wiley, New York.
  • YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
  • YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3
  • YEPES, V. (2024). Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 408 pp. Ref. 477. ISBN: 978-84-1396-238-2

Cursos:

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

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

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John Loudon McAdam: vida y legado del ingeniero que revolucionó las carreteras

John Loudon McAdam (1756 – 1836). https://ca.wikipedia.org/wiki/

John Loudon McAdam (1756-1836) fue un ingeniero escocés que transformó para siempre la construcción de carreteras. Su método, conocido como macadamización, o simplemente «macadán», supuso un hito en la ingeniería civil, permitió el auge del transporte moderno en el siglo XIX y sentó las bases de la pavimentación contemporánea. Nació el 21 de septiembre de 1756 en Ayr, capital del condado histórico de Ayrshire (Escocia), en la casa de lady Cathcart. Pertenecía a la baja nobleza local y era el menor de los diez hijos de James McAdam y Susanna Cochrane, sobrina del séptimo conde de Dundonald.

En 1760, la familia se mudó al castillo de Lagwyne, en Carsphairn, y más tarde al castillo de Whitefoord. Su padre, James, llevaba un estilo de vida elevado y gestionó de manera deficiente el negocio familiar, el Banco de Ayr, lo que provocó grandes pérdidas económicas. Finalmente, se vio obligado a vender la finca ancestral de la familia, Waterhead, y quedó prácticamente arruinado.

John estudió en la escuela del señor Doick, en Maybole, hasta 1770. Ese mismo año, con tan solo 14 años, murió su padre tras la bancarrota del banco familiar. Con la familia en la ruina, John fue enviado a Nueva York para vivir con su tío William McAdam, un próspero comerciante, y con su tía Ann Dey, hija de Dirck Dey, otro neoyorquino. William McAdam era propietario de la empresa McAdam & Co. y poseía más de 30 000 acres en Middlesex, conocidos como Kilby Grant. En este entorno, John se formó como mercader y contable, y estableció relaciones comerciales con personas como Robert Gilmore, de Northfork.

Durante la guerra de la Independencia de las Trece Colonias (1775-1783), John apoyó la causa británica desde el principio. Se convirtió en un mercader de éxito y contratista del Gobierno, y amasó una considerable fortuna. Fue socio propietario del barco privado General Mathew y actuó como agente de premios de guerra: revendía las mercancías y materiales capturados a los rebeldes, lo que le reportó importantes beneficios personales. Se casó con Gloriana Nicoll, hija de William Nicoll de Suffolk, descendiente del coronel Nicoll, en Nueva York. El matrimonio heredó un tercio de las propiedades de West Neck, en Shelter Island, así como terrenos en Blue Point (Islip).

Sin embargo, en 1783, tras la derrota británica, él y su familia sufrieron las consecuencias de haber sido realistas. El nuevo gobierno estadounidense confiscó sus propiedades y activos en América, y él, su esposa y sus dos hijos fueron obligados a regresar a Escocia. Una vez en Escocia, McAdam aún conservaba suficiente capital como para comprar una finca en Sauchrie, cerca de Maybole. Gracias a sus lazos familiares, se asoció con el almirante lord Cochrane y con el conde de Dundonald en negocios de hierro y alquitrán. Estos productos, derivados del carbón, eran fundamentales para sellar los barcos de vela. Sin embargo, la introducción del cobre en los cascos redujo la demanda de alquitrán, lo que debilitó la industria en la que John había invertido.

Con el tiempo, McAdam se volcó en una nueva actividad que marcaría su vida: la construcción de carreteras. Empezó haciendo pruebas con piedras en caminos cercanos a su finca y acabó construyendo una carretera que conectaba Alloway con Maybole, que seguía en uso en 1936. En 1787 fue nombrado administrador de carreteras y, durante los siguientes quince años, ejerció como vicealmirante de Ayrshire, consolidando su experiencia en este campo. En 1798, gracias a un nombramiento oficial, se trasladó a Falmouth (Inglaterra) y, en 1801, con 45 años, fue designado inspector de carreteras de Bristol. Allí perfeccionó sus ideas y puso en práctica un sistema radicalmente distinto al habitual.

El método de MacAdam consistía en lo siguiente:

  • Carreteras de unos seis metros de ancho, con la parte central elevada ocho centímetros sobre los bordes para facilitar el drenaje del agua.
  • Cunetas laterales para evacuar el agua de lluvia y evitar encharcamientos.
  • Tres capas: la más profunda, de tierra compactada; una intermedia, de piedras grandes y regulares; y una superior, de piedra triturada, que quedaba perfectamente compactada con el paso de los carruajes.

El resultado era una superficie lisa, dura, resistente y barata, mucho más duradera y menos proclive a embarrarse que los caminos de tierra o los adoquinados.

Construcción de la primera carretera de macadán en Estados Unidos de América (1823).  https://es.wikipedia.org/wiki/Macad%C3%A1n

McAdam recogió sus ideas en dos tratados fundamentales, en los que defendía la importancia de elevar las carreteras respecto al suelo circundante, asegurar un buen drenaje y emplear materiales seleccionados en capas sistemáticas:

  • Remarks on the Present System of Road-Making (1816)
  • Practical Essay on the Scientific Repair and Preservation of Roads (1819)

El prestigio de McAdam creció rápidamente. En 1815 fue nombrado inspector del Bristol Turnpike Trust y, en la década de 1820, alrededor de 70 patronatos de carreteras lo contrataron como consultor. En 1819, un comité parlamentario elogió públicamente su trabajo. En 1823, el Parlamento británico encargó un estudio sobre el deficiente estado de las carreteras del país, que estaban obsoletas para una nación en plena industrialización. Como resultado, McAdam fue nombrado inspector general de carreteras metropolitanas de Gran Bretaña. Desde este cargo, su método se estandarizó y extendió rápidamente no solo en el Reino Unido, sino también en Europa y Norteamérica. El impacto fue inmediato: gracias a la suavidad y durabilidad de las carreteras macadamizadas, el transporte en diligencia experimentó un auge sin precedentes. Poco tiempo después de su fallecimiento, en Inglaterra ya existían 35 000 kilómetros de carreteras construidas con su método.

Aunque McAdam recibió subvenciones del Parlamento (2000 libras para gastos en 1820 y 5000 libras por su trabajo en Bristol), nunca fue plenamente recompensado. Se le ofreció un título de caballero, pero lo rechazó por su avanzada edad. El macadán supuso el mayor avance en la construcción de carreteras desde el Imperio romano. Con el tiempo, su sistema dio origen a mejoras posteriores. La más significativa se produjo en 1901, cuando Edgar Purnell Hooley patentó el uso del alquitrán para ligar los áridos, creando el tarmac o tarmacadam, antecesor del asfalto moderno. Es curioso que McAdam, a pesar de haber sido propietario de una fábrica de alquitrán de hulla, nunca aplicara este material a su método. Desde la perspectiva actual, puede resultar llamativo, pero en su época su innovación ya era revolucionaria. Hoy en día, aunque las carreteras modernas emplean asfaltos derivados del petróleo sobre bases de hormigón armado, el uso de capas de piedra triturada sigue siendo heredero directo de la innovación de McAdam.

En sus últimos años, McAdam permaneció activo en el ámbito de la ingeniería viaria junto a sus hijos, quienes abandonaron sus ocupaciones en Escocia para ayudarle en Inglaterra. Finalmente, John Loudon McAdam murió el 20 de noviembre de 1836 en Moffat, un balneario del consejo de Dumfries y Galloway, a los 80 años. Fue enterrado en el cementerio local. Su apellido quedó inmortalizado en el lenguaje técnico y en la historia de la ingeniería civil.

Os dejo algunos vídeos de este ingeniero.

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Preguntas frecuentes sobre pantallas de contención de agua subterránea

Figura 1. Cuchara para excavar pantalla. https://www.geo-solutions.com/resource-category/slurry-walls-equipment/

1. ¿Qué son las pantallas impermeables de bentonita-cemento y cuándo se utilizan?

Las pantallas impermeables de bentonita-cemento, también denominadas pantallas blandas, plásticas o de lodo autoendurecible, son barreras que impiden el paso del agua subterránea. Su construcción es similar a la de los muros pantalla, pero su función principal es impermeabilizante, sin responsabilidad estructural significativa. Su uso se inició en la década de 1960. Son ideales cuando el objetivo es detener el flujo de agua y no se prevé una excavación o un vaciado anexos. Entre sus ventajas destacan su impermeabilidad, la ausencia de juntas, su capacidad de adaptación a grandes deformaciones por cambios en el nivel freático y su bajo coste, debido al bajo consumo de materiales y a la simplificación de la construcción.

2. ¿Cómo se construye una pantalla de bentonita-cemento y qué materiales se utilizan?

La construcción de una pantalla de este tipo implica la excavación de una zanja con herramientas como cucharas bivalvas, retroexcavadoras con brazos largos (eficaces hasta 15 o 20 metros, o hasta 25 o 30 metros con brazos especiales) o zanjadoras de brazo inclinable. La mezcla utilizada consiste en bentonita, cemento, agua y, opcionalmente, aditivos. Las dosificaciones típicas por metro cúbico de mezcla varían: entre 100 y 950 litros de agua, entre 20 y 80 kg de bentonita, entre 100 y 400 kg de cemento y hasta 5 kg de aditivos. La bentonita se añade para evitar la decantación del cemento antes del fraguado. La mezcla se elabora en una planta y se envía a la obra. Es crucial asegurar la continuidad entre paneles para evitar juntas, lo que se logra mediante la perforación inmediata de paneles contiguos o mordiendo el extremo de un panel aún pastoso para la adhesión del nuevo lodo.

3. ¿Qué son las pantallas de suelo-bentonita y en qué se diferencian de las pantallas de bentonita-cemento?

Las pantallas de suelo-bentonita son barreras que se utilizan para detener el paso del agua o aislar residuos o zonas contaminadas de agua subterránea. A diferencia de las pantallas de bentonita-cemento, que son más comunes en Europa, las pantallas de suelo-bentonita se originaron en Estados Unidos en 1945 y son más habituales en este país. La principal diferencia radica en el material de relleno: mientras que las pantallas de bentonita-cemento utilizan una mezcla específica de estos componentes, las pantallas de suelo-bentonita emplean una mezcla de suelo excavado y bentonita. Esto último hace que sean la tipología de barrera más económica, ya que permite utilizar gran parte del material de la propia zanja. Sin embargo, las pantallas de suelo-bentonita pueden ser más susceptibles al deterioro por ciclos de humedad/sequedad o congelación/descongelación, y su permeabilidad puede verse afectada por contaminantes.

Figura 2. Construcción de zanja de lodo con suelo-bentonita como material de relleno. Adaptado de Cashman y Preene (2012)

4. ¿Cómo se realiza la excavación y el relleno de las pantallas de suelo-bentonita?

Durante la excavación de las zanjas para las pantallas de suelo-bentonita, se utiliza bentonita (a veces con aditivos) para estabilizar las paredes y mantener un nivel constante de lechada cerca de la parte superior. Las zanjas suelen tener una anchura de entre 0,6 y 1,5 metros. Una vez alcanzada la profundidad deseada, se introduce la mezcla final de suelo y bentonita. Esta mezcla debe tener un peso específico mayor que el del lodo de la zanja para desplazarlo eficazmente. La preparación de la mezcla puede realizarse en tanques de homogeneización para garantizar una mayor calidad o de forma más rudimentaria en superficie con un buldócer. Es fundamental garantizar que la pantalla se extienda de manera continua por todo el estrato permeable y succionar los sedimentos del fondo de la zanja, sobre todo si se trata de arenas y gravas limpias. La colocación del relleno y la excavación deben realizarse de forma simultánea.

5. ¿Qué es la técnica de pantalla de suelo-cemento con hidrofresa (cutter soil mixing)?

La pantalla de suelo-cemento con hidrofresa, también conocida como cutter soil mixing, es una técnica de mejora de suelos que se utiliza para crear pantallas impermeabilizantes verticales. Consiste en excavar el terreno en paneles verticales con una hidrofresa, que es un cabezal cortador provisto de elementos giratorios con dientes. La hidrofresa no solo excava, sino que también inyecta una mezcla de bentonita y cemento en la parte central de las ruedas cortantes. El movimiento giratorio de los dientes y unas paletas mezclan esta inyección con los detritos del terreno, formando un nuevo material que, tras el fraguado del cemento, crea una pantalla impermeable. Una ventaja clave de este método es que utiliza el propio material del terreno, por lo que se generan muy pocos residuos.

Figura 3. Hidrofresa. http://www.malcolmdrilling.com/cutter_soil_mixing/

6. ¿Cómo funciona el proceso de construcción con hidrofresa para pantallas de suelo-cemento?

El procedimiento constructivo con hidrofresa consta de varias fases. En primer lugar, se prepara una zanja guía para recoger el exceso de lodo. A continuación, se posiciona la hidrofresa en el eje de la pared y se introduce en el suelo a una velocidad continua (normalmente entre 20 y 60 cm/min). Las ruedas de corte rompen el suelo y, simultáneamente, se bombea un fluido (bentonita-cemento) a las boquillas para mezclarlo con la tierra suelta. Una corriente de aire comprimido puede mejorar la mezcla. Al alcanzar la profundidad de diseño, se extrae lentamente la hidrofresa mientras se sigue añadiendo la lechada de cemento para garantizar la homogeneización mediante la rotación de las ruedas. Finalmente, se puede introducir armadura, como perfiles de acero, en la pantalla terminada para mejorar su resistencia. Para ello, se utilizan vibradores, si es necesario, para profundidades mayores. En el caso de muros continuos, se excavan paneles primarios y secundarios que se solapan para garantizar la estanqueidad.

7. ¿Qué son las pantallas de lodo autoendurecible armado y cuál es su función?

Las pantallas de lodo autoendurecible armado, también denominadas pantallas de lechada armada o «reinforced slurry wall», son pantallas compuestas con carácter estructural. Combinan elementos portantes resistentes a la flexión, como tablestacas o perfiles metálicos en «I», con un relleno intermedio de bentonita-cemento que los une y transfiere las cargas a los elementos estructurales. Este sistema funciona como elemento de contención de agua y, al mismo tiempo, como soporte estructural. Una variante es la pared de mezcla suelo-cemento reforzada, que utiliza una mezcla de suelo y cemento en lugar de lechada. Esta técnica se sitúa a medio camino entre un muro berlinés y un muro pantalla, ya que ofrece contención de agua y resistencia estructural.

8. ¿Cómo se construye una pantalla de lodo autoendurecible armada?

El procedimiento constructivo de una pantalla de lodo autoendurecible armada utiliza herramientas de excavación similares a las empleadas en los muros pantalla, como la cuchara bivalva. Durante la excavación, la lechada de bentonita y cemento no solo sirve como material de relleno intermedio, sino que también estabiliza las paredes de la zanja. Una vez colocada la lechada, se insertan perfiles verticales (tablestacas o perfiles en «I») en ella. El lodo endurecido transmite el empuje activo de las tierras y el agua hacia estos perfiles por efecto bóveda, y estos resisten la flexión gracias a anclajes, arriostramientos y el empotramiento bajo el fondo de la excavación. Si se emplean tablestacas, la pantalla opera como un muro continuo convencional, combinando las propiedades impermeabilizantes del lodo con la resistencia estructural de los elementos armados.

Os dejo un audio sobre este tema que, espero, os sea interesante.

Glosario de términos clave

  • Pantallas plásticas (blandas/lodo autoendurecible): Barreras impermeables construidas con mezclas fluidas que fraguan o se autoendurecen, utilizadas para contener el agua subterránea.
  • Bentonita-cemento: Mezcla de bentonita, cemento, agua y aditivos que fragua lentamente y forma una barrera impermeable.
  • Función impermeabilizante: La capacidad de una pantalla para impedir o reducir significativamente el paso del agua.
  • Responsabilidad estructural: La capacidad de un elemento para soportar cargas y esfuerzos (como flexión) sin deformaciones excesivas o fallos. Las pantallas blandas tienen poca responsabilidad estructural.
  • Decantación: El proceso por el cual las partículas sólidas de una suspensión se asientan en el fondo de un líquido debido a la gravedad. La bentonita ayuda a evitar la decantación del cemento.
  • Fraguado: El proceso de endurecimiento de una mezcla cementicia debido a reacciones químicas.
  • Cuchara bivalva: Herramienta de excavación con dos «cucharas» articuladas que se cierran para recoger el material, utilizada en la ejecución de pantallas.
  • Retroexcavadora con brazos largos: Maquinaria de excavación modificada con brazos extendidos para alcanzar mayores profundidades en la construcción de zanjas y pantallas.
  • Zanjadora de brazo inclinable: Maquinaria especializada para excavar zanjas, con un brazo que puede inclinarse.
  • Rendimiento: La cantidad de trabajo realizado en un período determinado (ej., m²/día de pantalla construida).
  • Nivel freático: La superficie superior del agua subterránea, donde la presión del agua es igual a la presión atmosférica.
  • Tablestacas: Elementos prefabricados, generalmente metálicos o de hormigón, que se hincan o se colocan en el terreno para formar muros de contención.
  • Suelo-bentonita: Mezcla de suelo excavado y lechada de bentonita que se utiliza como material de relleno para formar pantallas impermeables.
  • Gradiente hidráulico: La tasa de cambio de la carga hidráulica por unidad de distancia en la dirección del flujo.
  • Peso específico: El peso por unidad de volumen de una sustancia. Es crucial que el relleno de suelo-bentonita tenga un peso específico mayor que el lodo de la zanja.
  • Tanques de homogeneización: Recipientes donde se mezcla y agita el suelo y la bentonita para lograr una consistencia uniforme antes de su colocación.
  • Segregación: La separación de los componentes de una mezcla debido a diferencias en tamaño, forma o densidad.
  • Permeabilidad: La capacidad de un material para permitir el paso de fluidos a través de él. Una baja permeabilidad es deseable en pantallas impermeables.
  • Hidrofresa (cutter soil mixing – CSM): Maquinaria equipada con cabezas cortadoras giratorias y un inyector, utilizada para excavar y mezclar el terreno in-situ con una lechada (bentonita-cemento) para formar pantallas.
  • Detritos: Fragmentos de roca y suelo resultantes de la excavación o trituración del terreno.
  • Zanja guía: Pequeña excavación superficial que se realiza al inicio para alinear la maquinaria y recoger el excedente de lodo.
  • Paneles primarios y secundarios: En la construcción de muros continuos, los paneles primarios se excavan primero, y luego los secundarios se excavan solapándose con los primarios para asegurar la continuidad.
  • Armadura: Elementos de refuerzo (como perfiles de acero) que se insertan en la pantalla para proporcionarle resistencia estructural adicional.
  • Pantalla de lodo autoendurecible armado (reinforced slurry wall): Una pantalla compuesta que incorpora elementos portantes estructurales (como perfiles en «I» o tablestacas) dentro de un relleno de lodo autoendurecible (bentonita-cemento o suelo-cemento).
  • Efecto bóveda: Fenómeno por el cual los empujes del terreno se distribuyen y descargan hacia elementos de mayor rigidez o resistencia, como los perfiles en una pantalla armada.
  • Empotramiento: La condición en la que un elemento estructural está fijado rígidamente en otro (ej., un perfil anclado en el fondo de excavación) impidiendo su rotación y traslación.
  • Muro berlinés: Sistema de contención que consiste en perfiles metálicos hincados en el terreno, entre los cuales se colocan elementos de contención (tablones de madera, prelosas de hormigón, etc.) a medida que se excava.
  • Muro pantalla: Muro de contención de hormigón o similar, ejecutado en el terreno por paneles, utilizando lodo bentonítico para estabilizar la excavación antes del vertido del hormigón.

Referencias:

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

Cursos:

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

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

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

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

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

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

  1. Optimización estructural mediante algoritmos heurísticos.

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

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

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

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

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

Los resultados más destacados se pueden resumir así:

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

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

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

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

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

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

Referencia:

NEGRÍN, I.; CHAGOYÉN, E.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). An integrated framework for Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse of RC skeleton buildings incorporating Soil-Structure Interaction effects. Innovative Infrastructure Solutions, 10:446. DOI:10.1007/s41062-025-02243-z

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Transporte hidráulico de pulpas: fundamentos y práctica

El transporte hidráulico de pulpas es un tema esencial en ingeniería de procesos y de minas. La operación de mover sólidos suspendidos en agua mediante tuberías y bombas no solo conecta las diferentes etapas de un proceso, como la molienda, la clasificación, la flotación o la disposición de relaves, sino que también influye en gran medida en los costes de operación, la eficiencia energética y la vida útil de los equipos. Por tanto, es fundamental que los estudiantes de Ingeniería comprendan sus principios y métodos de diseño.

En este artículo se presentan de manera ordenada los conceptos principales: qué es una pulpa, cómo se clasifican, qué tipos de bombas se emplean, cómo se estiman las pérdidas y la altura dinámica total, qué significa la velocidad crítica para evitar la sedimentación, cómo se analiza la cavitación y, por último, cómo se selecciona la bomba adecuada. No obstante, se aconseja un estudio más profundo del tema, atendiendo a las referencias.

1. La pulpa: naturaleza y propiedades

Una pulpa es una mezcla de agua y partículas sólidas en suspensión. Esta definición simple oculta una gran variedad de comportamientos. La forma en que la pulpa fluye depende de varios factores:

  • Concentración de sólidos: se mide en peso o volumen. A bajas concentraciones, la mezcla se comporta parecido al agua. A concentraciones altas, la viscosidad aumenta y pueden aparecer comportamientos no newtonianos (el fluido ya no responde de manera lineal al esfuerzo aplicado).

  • Tamaño de partícula: si la mayoría de las partículas son muy finas (menores a 75 micras), la pulpa tiende a ser homogénea, sin sedimentación marcada. Si predominan partículas gruesas, la pulpa es heterogénea, con riesgo de deposición.

  • Densidad de las partículas: minerales como la magnetita o la galena, con densidades altas, hacen que la pulpa sea más pesada y requiera mayor energía para su transporte.

  • Forma de las partículas: las partículas angulosas o irregulares causan más desgaste que las esféricas.

  • Viscosidad del líquido portador: en la mayoría de los casos es agua, pero a veces se emplean soluciones que alteran la viscosidad.

Estas propiedades son críticas porque determinan tanto la potencia que necesitará la bomba como la durabilidad de los componentes.

2. Bombas para pulpas: tipos y características

El transporte de pulpas se realiza en la gran mayoría de casos con bombas centrífugas, adaptadas a condiciones abrasivas y, a veces, corrosivas. Existen distintos tipos:

  • Bombas horizontales centrífugas: las más comunes en minería y procesos. Permiten gran variedad de caudales y alturas.

  • Bombas verticales: incluyen las de tanque y las de sumidero. Se usan cuando el nivel de pulpa varía mucho o cuando es conveniente sumergir parte de la bomba.

  • Bombas sumergibles: cada vez más empleadas en aplicaciones de drenaje de pulpas.

  • Bombas de desplazamiento positivo: útiles cuando se manejan pulpas muy viscosas o cuando se requiere caudal casi constante independientemente de la presión.

https://www.mogroup.com/es/informacion/e-books/manual-de-bombas–para-pulpa/

Un aspecto importante de las bombas de pulpa es su construcción robusta: impulsores anchos, ejes más gruesos, rodamientos de gran capacidad y, sobre todo, sistemas de sellado capaces de resistir condiciones adversas. Los sistemas de sellado pueden ser dinámicos (aprovechan la propia presión de la pulpa), mecánicos (son caros, pero muy seguros) o de empaquetadura (son los más comunes y requieren mantenimiento frecuente).

3. Materiales de construcción y desgaste

El desgaste es el enemigo número uno de las bombas de pulpa. Cada partícula de mineral en movimiento actúa como un proyectil microscópico que impacta contra las superficies internas de la bomba. Por ello, los materiales deben escogerse con cuidado.

  • Elastómeros (como goma natural o poliuretanos): absorben impactos y funcionan bien con partículas finas o blandas.

  • Metales endurecidos: hierro alto en cromo o aceros especiales resisten abrasión cortante, como la producida por partículas de cuarzo.

  • Cerámicos: extremadamente duros y duraderos, pero frágiles y costosos, usados en condiciones extremas.

La selección no es trivial, ya que depende del tamaño y la forma de las partículas, su concentración, la corrosión química del medio y la temperatura. Elegir bien el material puede duplicar o triplicar la vida útil de la bomba.

4. Altura dinámica total y pérdidas en el sistema

Para que una bomba funcione adecuadamente, debe entregar una altura dinámica total (TDH) que cubra:

  1. Altura estática: diferencia de nivel entre el depósito de aspiración y el de descarga.

  2. Pérdidas por fricción en la tubería: dependen de la longitud, el diámetro, la rugosidad y la velocidad del flujo.

  3. Pérdidas en accesorios: codos, válvulas, reducciones.

  4. Energía cinética: asociada a la velocidad del flujo en salida y entrada.

En el caso del agua, las pérdidas por fricción pueden calcularse mediante fórmulas empíricas o a través de la relación de Darcy-Weisbach, que tiene en cuenta la velocidad, el diámetro y un coeficiente de fricción que se obtiene del diagrama de Moody. En pulpas, sin embargo, estas correlaciones deben corregirse, ya que los sólidos aumentan la resistencia al flujo. Existen diagramas experimentales, como los de Warman, que ayudan a calcular los factores de corrección.

5. Velocidad crítica y sedimentación

Uno de los problemas más graves del transporte de pulpas es la sedimentación. Si la velocidad del flujo desciende por debajo de un valor crítico, las partículas comienzan a depositarse en el fondo de la tubería, lo que puede provocar obstrucciones o un desgaste desigual.

Este valor crítico, conocido como velocidad de Durand, depende de tres factores principales: el tamaño característico de las partículas, la densidad relativa del sólido respecto al agua, y el diámetro de la tubería. En pocas palabras:

  • Cuanto más grandes y densas son las partículas, mayor debe ser la velocidad.

  • Cuanto mayor es el diámetro de la tubería, menor es la velocidad necesaria para mantener las partículas en suspensión.

Mantener la velocidad por encima de este límite garantiza un flujo homogéneo y minimiza el riesgo de sedimentación.

6. Cavitación y NPSH

La cavitación es otro fenómeno que puede poner en peligro la operación segura. Ocurre cuando la presión de entrada de la bomba cae por debajo de la presión de vapor del líquido. En ese momento, se forman burbujas que, al colapsar dentro del impulsor, generan ondas de choque que dañan el material, producen ruido y reducen la eficiencia.

Para evitarlo, se calcula la altura positiva neta de aspiración disponible (NPSHa), que debe ser siempre mayor que la NPSH requerida (NPSHr) por la bomba. En términos prácticos:

  • El sistema debe garantizar suficiente presión en la succión de la bomba.

  • Se recomienda dejar un margen de seguridad adicional (entre 0,5 y 1 metro, o entre 10% y 35% según las guías de diseño).

Determinación del máximo caudal aspirable desde el punto de vista de la cavitación

7. Selección de la bomba

El procedimiento para elegir una bomba de pulpas sigue varios pasos:

  1. Definir caudal y condiciones de operación.

  2. Calcular la TDH real para la pulpa, incluyendo pérdidas.

  3. Convertir la TDH de pulpa a su equivalente en agua, usando factores de corrección.

  4. Consultar curvas de fabricante (Q–H–Eficiencia) y ubicar el punto de operación.

  5. Comprobar potencia requerida, eficiencia, NPSH y velocidad de rotación.

  6. Verificar materiales y opciones de sellado según la abrasividad y corrosión del medio.

Hoy en día, programas de cálculo como Pipe-Flo, AFT Fathom o WinCAPS ayudan a realizar estas estimaciones de manera más ágil, permitiendo simular condiciones de operación variables.

8. Consejos prácticos de operación

  • Mantener velocidades mínimas de 2–3 m/s en descarga y no menos de 1–2 m/s en aspiración (ajustadas según la naturaleza de la pulpa).

  • Usar tuberías lo más rectas posibles y minimizar codos bruscos.

  • Monitorear continuamente el desgaste de revestimientos e impulsores.

  • Planificar un stock de repuestos críticos: el tiempo de parada por una bomba fuera de servicio puede ser muy costoso.

  • Vigilar el NPSH disponible en condiciones de nivel mínimo en el depósito de succión.

9. Reflexión final

El transporte hidráulico de pulpas es un campo en el que confluyen la mecánica de fluidos, la ciencia de materiales y el diseño de equipos. Para los estudiantes de ingeniería, dominar estos fundamentos no solo es esencial para aprobar una asignatura, sino también para resolver problemas reales en los sectores de la minería, la metalurgia, la química e incluso en algunas industrias ambientales.

La clave es comprender que detrás de cada fórmula hay un concepto físico claro: mantener las partículas en suspensión, reducir las pérdidas de energía, evitar la cavitación y prolongar la vida útil de los equipos.

Referencias:

  • Abulnaga, B. E. (2002). Slurry Systems Handbook. McGraw-Hill.

  • ANEFA. (2020). Manual de áridos: Parámetros hidráulicos y de bombeo. Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos.

  • Bouso, J. L. (1993). Manual de bombeo de pulpas. ERAL, Equipos y Procesos S.A.

  • Bouso, J. L. (1998). El hidrociclón… Lo que siempre quiso saber y no encontró en los libros. Americas Mining.

  • Grzina, A., Roudnev, A., & Burgess, K. E. (2002). Weir slurry pumping manual (1.ª ed.). Weir International.

  • Martínez-Pagán, P. (2025). Transporte hidráulico: Bombeo de pulpas. Apuntes del 3er curso GIRME ingeniería minera. Universidad Politécnica de Cartagena.

  • Metso Outotec. (2020). Slurry pump handbook (8.ª ed.). Metso Minerals (Sala) AB. Recuperado de http://www.metso.com/pumps

  • Volk, M. (2013). Pump characteristics and applications (3.ª ed.). CRC Press. https://doi.org/10.1201/b15559

  • Warman, L. (2000). Warman slurry pumping handbook. Warman International.

  • Yepes, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción: Problemas resueltos (Colección Académica, Ref. 376). Editorial Universitat Politècnica de València. https://www.lalibreria.upv.es/portalEd/UpvGEStore/products/p_376-7-1

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

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

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

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

 

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

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

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

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

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

Un edificio piloto frente al mar

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

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

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

Resultados que desmontan intuiciones

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

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

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

Más allá del cálculo técnico

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

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

Aplicaciones prácticas y futuro

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

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

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

Un cambio de paradigma

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

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

Referencia:

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

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

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

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

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

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

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

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

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