Los ligantes hidrocarbonados

Betún. Wikipedia

Los ligantes hidrocarbonados son productos bituminosos viscosos, preparados a partir de hidrocarburos naturales que poseen propiedades aglomerantes. Son de un color oscuro (casi negro), carácter termoplástico (variación de la consistencia con la temperatura) y buena adhesividad con los áridos. Dentro de este grupo genérico, se pueden dividir dos subcategorías:

  • Ligantes básicos: betunes y alquitranes
  • Ligantes derivados: betunes fluidificados, betunes fluxados, emulsiones de betún, ligantes mixtos (compuestos y modificados) y ligantes fillerizados

El betún y el alquitrán son productos básicos. El betún es una mezcla de hidrocarburos naturales completamente solubles en sulfuro de carbono, mientras que el alquitrán se obtiene por destilación destructiva de materias orgánicas y no son solubles en sulfuro de carbono.  Sin embargo, el alquitrán presenta un mayor envejecimiento que el betún y se han eliminado en la regulación española como productos regulados por el Pliego de Prescripciones Técnicas Generales para obras de carreteras y puentes (PG-3) debido a que son productos cancerígenos.

Es importante señalar que los ligantes bituminosos requieren obligatoriamente del marcado CE para la libre circulación de productor por la Unión Europea, siendo responsabilidad del fabricante. En la figura que sigue podemos ver las normas que rigen los requisitos de estos ligantes.

Ligantes bituminosos
Normas que regulan los distintos ligantes bituminosos

Los betunes asfálticos o de destilación son ligantes obtenidos como producto final en las refinerías de crudo asfáltico o como residuo en todas las refinerías de petróleo. Son productos bituminosos sólidos o viscosos, naturales o preparados a partir de los hidrocarburos naturales por destilación, oxidación o cracking, que contienen un pequeño porcentaje de productos volátiles, poseen características aglomerantes y son esencialmente solubles en sulfuro de carbono. Se clasifican por su mayor o menor consistencia en el ensayo de penetración (por lo que reciben el nombre de betunes de penetración). Los asfaltos propiamente dichos serían una mezcla de betunes con impurezas insolubles en sulfuro de carbono (sílice, arena, arcilla), en una proporción superior al 5%, y por tanto, a diferencia de los betunes, no son solubles en su totalidad en tolueno. Los betunes asfálticos se caracterizan mediante el ensayo de penetración  y el de anillo y bola para medir el punto de reblandecimiento del betún en unas determinadas condiciones. El betún, con el tiempo, experimenta un envejecimiento, sin duda debido a una oxidación. Los rayos ultravioletas del sol también le atacan, así como el prolongado contacto con el agua estancada y sobre todo, la saturada de cal a 50ºC. Los betunes para pavimentación siguen la norma armonizada UNE-EN 12591 y el artículo 211 de la norma española PG-3.

Los betunes modificados con polímeros son ligantes hidrocarbonados cuyas propiedades reológicas han sido modificadas durante la fabricación por el empleo de uno o más polímeros orgánicos. Las fibras orgánicas no se consideran modificadores del betún. Se denominan en el artículo 212 del  PG-3 con las letras PMB seguidas de tres números; los dos primeros representativos de su penetración mínima y máxima, y el tercero representativo del punto de reblandecimiento. Las especificaciones de estos betunes siguen la norma UNE-EN 14023.

Los betunes fluidificados  o “cut-backs” son ligantes obtenidos por adición a un betún de fracciones más o menos volátiles, procedentes de la destilación del petróleo. Aparecieron para facilitar el empleo de betunes de penetración en situaciones cuando las temperaturas o el tipo de tratamiento exigen unas viscosidades de aplicación menores que las que se obtienen calentando fuertemente el material. El betún fluxado se obtienen de mezclar betún asfáltico con aceites derivados de la hulla. Su empleo produce el mismo efecto que el de los fluidificados (mejora de la viscosidad a temperaturas menores que las habituales), sólo que con la ventaja de que no tiene problemas de inflamabilidad. Ambos son ligantes de mucha menos consistencia a temperatura ambiente (incluso líquidos). Tras su aplicación, el aceite se evapora a una velocidad característica de cada producto: es el proceso de curado, que permite distinguir los betunes fluidificantes de curado rápido de los de curado medio. Los betunes fluxados solo se clasifican por su viscosidad a determinada temperatura. Para caracterizar tanto las emulsiones fluidificadas y fluxantes, como las bituminosas se realizan los ensayos de viscosidad relativa y de destilación para ver las proporciones en las que se encuentran los diferentes componentes. Sin embargo, estos betunes no aparecen en el PG-3.

Las emulsiones bituminosas son ligantes hidrocarbonados obtenidos de la adición de agua al betún asfáltico. Se emplean para facilitar la puesta en obra del betún disminuyendo su viscosidad y son ideales para aplicarlas en tiempo lluvioso, con áridos húmedos e incluso con temperaturas bajas sin los inconvenientes que presentan habitualmente los betunes fluidificados. Para que la dispersión del betún en el agua sea estable se añaden sustancias que dotan a la emulsión de carácter polar, habiendo así emulsiones aniónicas y catiónicas.  Según la polaridad de los áridos, puede ser necesario el uso de un polarizante para poder mejorar la adherencia de la emulsión con el árido. Para que el ligante cumpla el objetivo de aglomerante, debe producirse la separación del agua y el betún; este proceso se denomina rotura y dependiendo de su velocidad se habla de emulsiones de rotura rápida, media y lenta. Las emulsiones aniónicas presentan una buena adhesividad con áridos calizos, pero no aparecen en el PG-3. Las catiónicas presentan una buena adhesividad con áridos silíceos y con la mayoría de los calizos (más usadas).

A continuación os dejo un vídeo explicativo del profesor Miguel Ángel del Val, de la Universidad Politécnica de Madrid, sobre los ligantes modificados.

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.

 

 

 

Puentes de acero inoxidable

El acero inoxidable, inventado en la primera década del siglo XX por Harry Brarley, presenta características de resistencia a la corrosión que los diferencia de los aceros convencionales al carbono. Estos aceros presentan un contenido mínimo de un 11% de cromo, aunque suele añadírsele también níquel. El acero inoxidable no es un material desconocido, aunque como se verá a continuación, ha sido poco empleado en obras civiles. Se puede encontrar en usos domésticos o en amplios usos industriales como plantas químicas, componentes de automoción o aeronáutica. Baddoo (2008) indica que el consumo mundial de acero inoxidable ha crecido al 5% anual durante los últimos 20 años, sobrepasando el crecimiento de otro tipo de materiales. Respecto a los últimos adelantos en los aceros inoxidables en cuanto a material, se recomienda la revisión realizada por Lo et al. (2009).

No sólo el aspecto estético, Continue reading “Puentes de acero inoxidable”

Evolución histórica de los materiales

http://aventura-amazonia.com/

La ingeniería civil no podría entenderse sin su relación con los materiales de construcción. Históricamente, el desarrollo y la evolución de las sociedades ha estado relacionada con la capacidad de sus miembros para producir y conformar los materiales necesarios para satisfacer sus necesidades. Los materiales de construcción han  servido al hombre para mejorar su calidad de vida o simplemente para subsistir, y junto con la energía han sido utilizados por el hombre para mejorar su condición. Los prehistoriadores han encontrado útil clasificar las primeras civilizaciones a partir de algunos materiales usados: Edad de Piedra, Edad del Cobre, Edad de Bronce, Edad del Hierro. Esta última secuencia parece universal en todas las áreas, ya el uso del hierro requiere una tecnología más compleja que la asociada a la producción de bronce, que a su vez requiere mayor tecnificación que el uso de la piedra.  A lo largo de la historia se han ido empleando distintos materiales en su construcción, evolucionando estos hasta la utilización actualmente de materiales compuestos formados por fibras de materiales muy resistentes. Madera, piedra, hierro, hormigón, ladrillo y aluminio han sido los materiales utilizados con más frecuencia en la construcción de todo tipo de estructuras. Actualmente se prueban nuevos materiales para construir puentes con mayor resistencia específica que el acero. Son los denominados materiales compuestos, formados por fibras unidas con una matriz de resina y que se vienen utilizando desde hace años en diversos tipos de industrias (aeroespacial, aeronáutica, automóvil, etc.).

En la tabla que os dejo a continuación, tomada de Milliarium, tenéis un pequeño cuadro cronológico de los materiales que se han utilizado en el caso de los puentes.

Cronología de los materiales en la construcción de puentes
COMPRESIÓN FLEXIÓN TRACCIÓN
Prehistoria Arcilla
(tapial, adobe, ladrillo)
Madera Cuerdas
Historia clásica Piedra Madera Madera
Grapas metálicas
Siglo XIX Fundición Madera Cadenas de hierro
Primera mitad siglo XX Hormigón en masa
Acero laminado
Hormigón armado
Acero laminado
Cables de acero
Segunda mitad siglo XX Hormigones especiales
Acero laminado
Maderas laminadas
Hormigón pretensado
Acero laminado
Aleaciones ligeras
Cables de acero de alta resistencia, alto límite elástico y baja relajación

Sin embargo, la adopción de un nuevo material no ha supuesto un cambio inmediato y drástico en el diseño y concepción de las estructuras. A modo de ejemplo, cuando se utilizó por primera vez el hierro como material estructural en un puente en 1779, sobre el río Severn en Coalbrookdale (Inglaterra), su diseñador, Abraham Darby adoptó el mismo esquema estructural que los puentes de piedra.

Puente de Coalbrookdale, sobre el río Severn (Inglaterra)

El tema es, como veis, muy extenso como para explicarlo en un solo artículo. Por ello creo que lo mejor es que veamos un Polimedia del profesor David García Sanoguera donde nos explica dicha evolución histórica. Espero que os guste.

¿Cuánto CO2 se emite cuando empleamos hormigón?

Cementera, http://www.coinref.com/
Cementera, http://www.coinref.com/

Una de las mayores preocupaciones actuales es el calentamiento del planeta debido a la emisión desmesurada de gases de efecto invernadero, entre los cuales está el CO2. Siempre se ha dicho que la construcción es uno de los sectores que más influye en dicho cambio climático fundamentalmente porque la fabricación de cemento Portland provoca un emisión considerable de CO2, que llega a ser el 5% del balance total de emisiones mundiales. Incluso determinados informes avisan de que la industria de la construcción, en su conjunto, podría ser responsable de generar entre el 40 y el 50% de todos los gases de efecto invernadero.

Simplificando, podemos decir que fabricar una tonelada de cemento Portland supone una emisión de una tonelada de CO2. Sin embargo, el uso de cementos con adiciones puede reducir drásticamente este tipo de emisiones, incluso a un 40%.

Sin embargo, no siempre tenemos en cuenta todos los factores que entran en juego. Recientemente, nuestro grupo de investigación realizó un ejercicio de análisis de ciclo de vida completo del hormigón empleado en fabricar un elemento estructural sencillo, como puede ser una columna de hormigón armado (García-Segura et al., 2014). Algunos resultados son de gran interés, especialmente los relacionados con los cementos con adiciones, la carbonatación y con la reutilización del material al terminar su ciclo de vida.

Efectivamente, de todos es conocido el fenómeno de la carbonatación, por la cual el hormigón captura CO2 y pierde la alcalinidad que protege de la corrosión a las armaduras, acortando por tanto la vida útil de la estructura. Aunque el fenómeno es perverso, también es cierto que dicha carbonatación supone un sumidero de gases de efecto invernadero. La cuantificación de este efecto, más la carbonatación última que puede tener lugar al final del ciclo de vida de las estructuras si usamos el hormigón, por ejemplo como árido machacado de relleno, puede hacer que el balance de CO2 completo sea diferente al que estamos acostumbrados.

Carbonatación del hormigón, que al bajar el Ph del hormigón, puede llevar a la corrosión de la armadura

Los cementos con adiciones utilizan ciertos subproductos de desecho para reemplazar el cemento Portland, el principal contribuyente a las emisiones de CO2 en la fabricación de hormigón. El objetivo de este estudio es determinar si la reducción de la durabilidad y la reducción de la carbonatación de los hormigones con cementos con adiciones compensan las menores emisiones en su producción. Este estudio evalúa las emisiones y la captura de CO2 en una columna de hormigón armado durante su vida útil y después de su demolición y reutilización como grava de relleno. El deterioro del hormigón debido a la carbonatación y la inevitable corrosión de las armaduras, terminan con la vida útil de la estructura. Sin embargo, la carbonatación continúa incluso después de la demolición, debido a la mayor superficie expuesta del material reciclado. Los resultados indican que los hormigones fabricados con cemento Portland, con adiciones de cenizas volantes silíceas (35% FA) y con escoria siderúrgicas granuladas de alto horno (80% BFS), capturan un 47, 41 y 20%, respectivamente, de las emisiones de CO2. La vida de servicio de cementos con altas cantidades de adiciones, como CEM III/A (50 % BFS), CEM III/B (80 % BFS), y CEM II/BV (35 % FA), es aproximadamente un 10 % más corta, debido al mayor coeficiente de velocidad de carbonatación. En comparación con el cemento Portland, y a pesar de una menor captura de CO2 y de vida útil, el CEM III/B emite un 20 % menos de CO2 al año. Se concluye que la adición de FA al cemento Portland, en lugar de BFS, conduce a menores emisiones, pues FA necesita menos procesamiento después de ser recogido, y las distancias de transporte son generalmente más cortas. Sin embargo, las mayores reducciones se lograron usando BFS, debido a que se puede reemplazar una cantidad mayor de cemento. Los cementos con adiciones emiten menos CO2 al año durante el ciclo de vida de una estructura, a pesar de que dicha adición reduce notablemente la vida útil. Si el hormigón se recicla como grava en relleno, la carbonatación puede reducir las emisiones de CO2 a la mitad. El caso estudiado demuestra cómo se pueden utilizar los resultados obtenidos.

Os dejo a continuación los resultados, en tablas, de dicho balance aplicados a distintos tipos de cementos, con más o menos adiciones. Podréis comprobar que se ha analizado el ciclo completo, desde la producción (incluido el transporte), la construcción, el uso, la demolición y tras la demolición. En el artículo de referencia tenéis los detalles del estudio.

 

Resultados interesantes:

  • La vida de servicio de cementos con altas cantidades de adiciones, como CEM III/A (50 % BFS), CEM III/B (80 % BFS), y CEM II/BV (35 % FA), es aproximadamente un 10 % más corta, debido al mayor coeficiente de velocidad de carbonatación.
  • CEM III/B emite un 20% menos de CO2 anual que el CEM Portland, a pesar de que tiene una vida útil menor y que recarbonata mucho menos. En valores de emisiones absolutas, CEM III/B emite un 28% menos que el CEM Portland. También es verdad que este cemento se recomienda en para hormigón en masa y armado de grandes volúmenes, como presas de hormigón vibrado o cimentaciones de hormigón armado. No es utilizable para hormigón de alta resistencia, hormigón prefabricado u hormigón pretensado.
  • Si el hormigón se recicla como grava en relleno, la carbonatación puede reducir las emisiones de CO2 a la mitad.
Grandes volúmenes de hormigón vibrado

De todos modos, no todos los tipos de cementos sirven para cualquier cosa. Os dejo estos enlaces que creo os serán útiles:

 

 

Referencias:

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link)

Los condicionantes físicos en el emplazamiento de una obra

cdt cs 23-3-06 (6)El espacio disponible, junto con las necesidades necesarias que se deben cubrir en una obra, son dos datos fundamentales para proyectar e implantar las instalaciones y planificar correctamente las tareas. Por ello, una correcta planificación debe considerar, entre otros, los siguientes aspectos: el solar, su situación geográfica, geometría, topografía y linderos, el emplazamiento respecto a la población, el planeamiento vigente, la calificación del suelo, el equipamiento urbano, las expropiaciones necesarias y servidumbres, etc. Es necesario un estudio geológico y geotécnico de la zona que ocupa la obra. Además, se debe conocer con precisión los condicionantes meteorológicos (temperatura, lluvia, viento, soleamiento, etc.). En obras marítimas también son necesarios estudios batimétricos, de clima marítimo, corrientes, etc.

Para el correcto desarrollo de las obras, se debe contar no sólo con el terreno necesario para la ocupación, sino que además, es necesario disponer, aunque sea de forma provisional, del espacio suficiente para las instalaciones de obra y los acopios de materiales, así como para obras provisionales inevitables como desvíos o ataguías. Además, resulta ineludible, en su caso, el acceso a las canteras o vertederos necesarios. Se aprovechan los desniveles para que la circulación de los materiales en las instalaciones sea por gravedad. En su caso, además, debe considerarse la necesidad de vallar el solar, o al menos, controlar sus accesos. Las aguas pluviales pueden dificultar el desarrollo normal de las obras, para lo cual se debe tener prevista la circulación y evacuación de dichas aguas. Para ello las pistas y caminos de obra deben drenar adecuadamente.

A este respecto, se distingue entre obras puntuales, lineales o extensas. Un ejemplo de las primeras son los edificios, donde los solares suelen ser pequeños con los consiguientes problemas de almacenamiento de materiales, instalaciones temporales, etc. Las obras lineales como las carreteras, los canales o las líneas ferroviarias, o las obras extensas como los aeropuertos o las urbanizaciones, presentan otros problemas como los transportes de materiales y equipos dentro de la obra, la reposición de servicios y servidumbres, o el control de los accesos, el vallado y la seguridad.

La elección del espacio necesario y de la situación óptima donde ubicar las instalaciones necesarias para ejecutar una obra es un problema que debe estudiarse con cierto detalle. En ocasiones tanto el espacio como su localización son datos fijos del problema, es decir, no existe la posibilidad de elegir alternativas. Por ejemplo, puede ocurrir que en una obra de edificación sólo podamos utilizar el propio solar o un solar anexo a la obra. Sin embargo, siempre que sea posible, es necesario dedicar el tiempo necesario para localizar la mejor opción posible. Hay que tener en cuenta que las personas y los materiales van a moverse por la obra de un sitio a otro. La elección de aquel lugar que minimice los movimientos va a tener una repercusión económica en los costes de ejecución de la obra. Una técnica de interés para estudiar la repercusión que tiene la localización de las instalaciones de una obra es el diagrama planimétrico de flujo o diagrama de recorrido. Se trata de una representación gráfica sobre plano del área en la cual se desarrolla la actividad, con las ubicaciones indicadas de los puestos de trabajo y el trazado de los movimientos de los hombres y de los materiales. Este tipo de gráfico muestra el trabajo realizado de forma clara y sencilla, permitiendo el estudio de cada actividad para realizar mejoras.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.M.C.; MOURA, H.; CATALÁ, J. (2008). Construction Management. Construction Managers’ Library Leonardo da Vinci: PL/06/B/F/PP/174014. Ed. Warsaw University of Technology, 231 pp. ISBN: 83-89780-48-8.

 

 

Nomenclatura de los cables de acero

65373-5892361Los cables se describen mediante tres números o grupos de números que representan los elementos que lo componen:

(nº de cordones) x (nº de alambres/cordón) + (notación del alma)

Tras el número total de alambres del cordón, se indica la disposición de éstos en distintas capas, y seguidamente, su denominación correspondiente: Seale, alambre de relleno, cordones triangulares, etc. Con cordones ordinarios no es necesaria dicha aclaración, pues lo alambres presentan el mismo diámetro, siendo el número de alambres de las capas sucesivas una progresión aritmética de razón 6.

Si el alma es textil se designa escribiendo +1. En cambio, si el alma es metálica pero de la misma composición que los demás cordones, se anota +0.

f 148
6 x 37 +1 Normal

 

6 x 19(1+9+9) +1 Seale
6 x 19(1+9+9) +1 Seale

 

Si el alma es metálica y de distinta composición que los demás cordones, para designarla se emplea la misma nomenclatura que para un cable.

6 x 25 [1+(6+6)+12] + (7 x 7 +0) Relleno
6 x 25 [1+(6+6)+12] + (7 x 7 +0) Relleno
12 x 7 +(7 x 7 +0) Normal
12 x 7 +(7 x 7 +0) Normal

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2012). Maquinaria auxiliar y equipos de elevación. Editorial de la Universitat Politècnica de València. Ref. 814. Valencia, 200 pp.

Muros construidos mediante la técnica del tapial

Sección vertical y horizontal del encofrado de un muro de tapial. Wikipedia.

Se denomina tapia a un muro macizo construido apisonando tierra arcillosa húmeda dentro de un molde de madera. Se trata de de una técnica milenaria empleada con profusión en la Península Ibérica, tanto en la arquitectura monumental –baste recordar el complejo de la Alhambra de Granada- como popular, aunque llegó a desaparecer casi por completo en España a mediados del siglo XX.  Sin embargo, a mediados de los años ochenta del siglo pasado comienza a renacer el interés por esta técnica.

Se utiliza el material del propio lugar, generalmente tierra -minimizando el coste de adquisición y transporte de materiales- que se conforma por apisonado dentro de una cajonera denominada tapial. Una vez colocado el tapial sobre el cimiento, se vierte el barro en su interior y se prensa. Antiguamente se vertía la tierra con espuertas que se elevaban con la ayuda de una polea sujeta al tapial. Cuando esta formado el muro, la cajonera se retira y se deja secar al aire libre. La tapia puede conformar enteramente el muro o bien quedar entre pilares de otros materiales.

El tapial tiene un excelente comportamiento térmico por su bajo índice de conductividad calórica, cálido en invierno y fresco en verano,  siendo un buen aislante acústico, sobre todo cuando el acabado es rugoso (reducción de unos 50-60 decibelios para un muro de 40 cm , para una frecuencia de 500 Hz). También es resistente al desgaste y punzonamiento, como se puede comprobar en las reformas de casas antiguas. Con el fuego, este material mejora su dureza, pues se convierte en ladrillo cocido.

http://www.artifexbalear.org/tapial.htm

Pero mejor será que os deje un vídeo explicativo de la profesora Laliana Palaia Pérez, de la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.

Os dejo también otros vídeos al respecto.

Referencias:

Cuchí, A. (1996). La técnica tradicional del tapial. Actas del Primer Congreso Nacional de Historia de la Construcción, Madrid, 19-21 septiembre 1996, eds. A. de las Casas, S. Huerta, E. Rabasa, Madrid: I. Juan de Herrera, CEHOPU, pp. 159-165. (enlace)

Font, E.; Hidalgo, P. (2011). La tapia en España. Técnicas actuales y ejemplos. Informes de la Construcción, 63(523):21-34. (enlace)

 

Máquinas para la fabricación del hormigón

21337_10491_3¿Qué maquinaria es necesaria para la fabricación del hormigón? Existen múltiples equipos para realizar esta tarea, desde plantas fijas, móviles, más o menos automatizadas, hasta los propios camiones hormigonera.

Sea cual sea el procedimiento, es muy importante conseguir la mezcla óptima en las proporciones precisas de áridos de distintos tamaños, cemento, agua y, normalmente, aditivos. No hay una mezcla óptima que sirva para todos los casos. La dosificación adecuada debe tener en cuenta la resistencia mecánica, factores asociados a la fabricación y puesta en obra, así como el tipo de ambiente a que estará sometido. Los materiales se amasan en hormigonera o amasadora para conseguir una mezcla homogénea de todos los componentes. El árido debe quedar bien envuelto por la pasta de cemento. Posteriormente la mezcla se debe transportar al tajo de obra de forma que no varíe la calidad del material.

Pero para tener una visión clara sobre este tema, os dejo la presentación del profesor Julián Alcalá, que espero os sea de utilidad.

Referencias:

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. 189 pp.

Licencia de Creative Commons
Este obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Durabilidad y vida útil de las infraestructuras

2014-11-12 16.38.52
Deterioro prematuro del hormigón. Imagen: V. Yepes

La durabilidad de las construcciones constituye uno de los aspectos clave que preocupan y van a preocupar a los técnicos en las próximas décadas. Tras un crecimiento masivo en la construcción, se plantean problemas tan serios como el mantenimiento y la sostenibilidad de las infraestructuras, de forma que se consigan los indicadores mínimos de servicio que permitan un uso seguro y adecuado de las mismas. Estamos inmersos, de hecho, en una verdadera “crisis de las infraestructuras”, fuertemente relacionada con la crisis financiera, económica, social y ética que nos envuelve en este momento. Todo ello, como podemos ver, tiene que ver con la durabilidad, tal y como vimos en una tesis de máster que dirigí recientemente (Esteve, 2015). Para poder hablar sobre los factores que afectan a la durabilidad, es necesario primero definir el concepto de durabilidad según la normativa y según diversos autores, así como el concepto de vida útil, final de vida útil y rendimiento. También se definen otros conceptos aparecidos en el estudio, como vulnerabilidad y mantenibilidad.

puente-romano
Cayo Julio Lacer,  y la leyenda “que durará tanto cuanto el mundo durare”, constituye la lección más importante para los ingenieros siempre que se visita el puente de Alcántara (Cáceres).

Durabilidad

 

TROMPILLO-ROLANDOLa Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la durabilidad de una estructura de hormigón como “su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura”.

En la norma ISO 15686-1 se define la durabilidad como “la capacidad de los edificios o alguna de sus partes para desenvolver el papel para el cual fueron diseñados durante un período específico bajo la influencia de determinados agentes”.

El concepto de durabilidad también puede ser entendido como la “habilidad que un edificio o componente de un edificio tiene para alcanzar el rendimiento óptimo de sus funciones en un determinado ambiente o sitio, bajo un determinado tiempo sin realizar trabajos de mantenimiento correctivo ni reparaciones” (CSA, 2001).

Algunos autores han intentado ofrecer una definición de durabilidad más completa, teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la durabilidad como “la capacidad de un material de construcción, elemento o estructura de hormigón de resistir las acciones físicas, químicas, biológicas y ambientales vinculadas al efecto del cambio climático global con su entorno durante un tiempo determinado previsto desde el proyecto, manteniendo su serviceabilidad y conservando su forma original, propiedades mecánicas y condiciones de servicio”. Se entiende por “serviceabilidad” (sic) como la capacidad de un producto, componente, ensamble o construcción para desempeñar las funciones para las cuales son diseñadas y construidas (ACI, 2000).

Vida útil

La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la vida útil de una estructura como el “período de tiempo, a partir de la fecha en la que finaliza su ejecución, durante el que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias. Durante ese período requerirá una conservación normal, que no implique operaciones de rehabilitación. La vida útil nominal depende del tipo de estructura y debe ser fijada por la Propiedad previamente al inicio del proyecto”. En esta instrucción, se emplea el término “vida útil” de forma equivalente a como lo hace el Código Técnico de la Edificación cuando hace referencia al “período de servicio”.

Acueducto de los Milagros (Mérida)
Acueducto de los Milagros (Mérida)

En la norma ISO 15686-1 se define la vida útil de un edificio como “el período de tiempo después de la instalación o construcción durante el cual un edificio o sus partes cumplen o exceden los requisitos mínimos de rendimiento para lo cual fueron diseñados y construidos”.

Muchas veces el concepto de vida útil es confundido con el de durabilidad. Según Silva (2001), puede considerarse que la vida útil es la cuantificación de la durabilidad, y por tanto es cada vez más importante que se proyecte y construya teniendo en cuenta criterios de durabilidad para, de ese modo, prolongar la vida útil de las edificaciones.

Algunos autores han propuesto una definición de vida útil o vida de servicio teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la vida de servicio como el “periodo de tiempo durante el cual el desempeño de un material, elemento o estructura de hormigón conserva los requerimientos de proyecto en términos de seguridad (resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, seguridad en uso), funcionalidad (higiene, salud y medio ambiente, protección contra el ruido y ahorro energético y confort térmico) y estéticos (deformaciones, agrietamientos, desconchamientos), con un mínimo de mantenimiento que permita controlar los efectos del cambio climático global en su entorno”.

Fin de la vida útil

Es difícil determinar cuándo se produce el final de la vida útil de una edificación. Según autores como Talon et al. (2004) “el final de la vida útil llega cuando los materiales o componentes de construcción, una vez instalados y construidos, usados y aplicados a una parte del inmueble, ya no responden a los requerimientos de rendimiento; y cuando por sus fallos físicos ya no es conveniente económicamente seguir con un mantenimiento correctivo para dichos componentes”.

2013-06-15 09.33.18
¿Cuál será la vida útil de nuestras modernas infraestructuras? Ciudad de las Artes y las Ciencias (Valencia). Imagen: V. Yepes

Por su parte, otros autores como Gaspar (2002) definen el final de la vida útil de una construcción como un “punto en el tiempo en el cual ésta deja de poder asegurar las actividades que en ella se desarrollan, por obsolescencia funcional, falta de rentabilidad económica o degradación física de sus componentes más determinantes”.

En definitiva, el final de la vida útil se dará cuando los requisitos esenciales dejen de cumplirse. Los requisitos esenciales establecidos en el Código Técnico de la edificación son:

  • Seguridad estructural.
  • Seguridad en caso de incendio.
  • Seguridad de utilización y accesibilidad.
  • Higiene, salud y protección del medio ambiente.
  • Protección frente al ruido.
  • Ahorro de energía.

En la siguiente gráfica, elaborada por Ferreira (2009), se muestra como el fin de la vida útil está condicionado por criterios de seguridad, funcionalidad y aspecto. La seguridad es el criterio más importante, por lo que tiene un nivel de exigencia superior a los otros dos criterios. A pesar de eso, algunas veces el fin de la vida útil puede verse condicionado sólo por criterios estéticos o funcionales, como muestra la siguiente figura:

Sin título
Degradación de las diferentes propiedades de un elemento constructivo (Ferreira, 2009)

Rendimiento

El rendimiento, según la definición de Trinius (2005), “es la capacidad del material para cumplir con sus funciones dentro del sistema edificado, y se puede medir tanto cuantitativamente como cualitativamente, dependiendo de los requerimientos de diseño y de las condiciones de la fase de uso, operación y mantenimiento del inmueble”.

Por su parte, el British Standards Institute define el rendimiento de una edificación como el comportamiento de un producto durante su utilización.

Tal como establece Mairteinsson (2005), tanto la vida útil como el rendimiento dependerán directamente de los factores de uso del material, no solamente de manera aislada, sino de manera integrada al edificio como parte de un sistema completo.

Vulnerabilidad

La vulnerabilidad, según es entendida por Monjo (2007), “es el conjunto de debilidades (procesos patológicos posibles) que presenta un elemento constructivo al quedar expuesto a las acciones exteriores previsibles durante su vida útil”. La vulnerabilidad depende de la calidad del elemento constructivo, es decir. De sus características físicas y químicas, así como de la solución constructiva empleada. Puede considerarse la inversa de la durabilidad.

Según este autor, la durabilidad de un producto de construcción debe establecerse en función del análisis de su vulnerabilidad, y dicha vulnerabilidad depende de una serie de condiciones objetivas que afectan al elemento constructivo:

  • La función constructiva del elemento en el edificio.
  • Las acciones externas que actúan sobre el elemento constructivo.
  • La calidad del producto

Mantenibilidad

La norma ISO/IEC 2382-14 define la mantenibilidad como “la habilidad de una unidad funcional, bajo unas condiciones de uso dadas, para ser mantenidas, o restauradas a un estado en el cual puedan realizar sus funciones requeridas, cuando el mantenimiento es ejecutado bajo condiciones establecidas y utilizando procedimientos y recursos prescritos”.

Por su parte, Chew y Silva (2003) expresan el término mantenibilidad como la habilidad de lograr el rendimiento óptimo a través de la vida útil del edificio con un mínimo coste de ciclo de vida.

Referencias:

ACI American Concrete Institute. (2000). Reported by ACI Committee 365 (365.1R-00), Service-Life Prediction, State-of-the-Art Report.

Chew, M. Y. L.; De Silva, N. (2003). Maintainability problems of wet areas in high-rise residential buildings. Building Research and Information, 31(1), 60-69.

CSA Canadian Standards Association. (2001). Guideline on Durability in buildings. Canadá, S478-95, 9-17.

Esteve, V.F. (2015). Estado del arte de los factores que afectan a la durabilidad de las edificaciones. Trabajo Fin de Máster. Máster en planificación y gestión de la ingeniería civil. Universitat Politècnica de València.

Ferreira, A. F. (2009). Previsão da vida útil de revestimentos de pedra natural de paredes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.

Gaspar, P. L. (2002). Metologia para o cálculo da durabilidade de rebocos exteriores correntes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.

ISO 15686:2011. (2011). ISO (Ed.), Buildings and constructed assets, service life planning.

Marteinsson, B. (2005). Service life estimation in the design of buildings; a development of the factor method. Tesis Doctoral, KTH Research School, Centre for Built Environment, University of Gävle, Suecia.

Mendoza, J. M., Castro, P. (2009). Credibility of concepts and models about service life of concrete structures in the face of the effects of the global climatic change. A critical review. Materiales de construcción, 59(276), 117-124.

Monjo, J. (2007). Durability vs Vulneravility. Informes de la construcción, 59(507), 43-58.

Silva, T. (2001). Como estimar a vida util de estruturas projetadas com critérios que visam a durabilidade. II Workshop sobre Durabilidad de las Construcciones, Sao José dos Campos, Brasil, 133-143.

Talon, A., Boissier, D., Chevalier, J. L., & Hans, J. (2004). A methodological and graphical decision tool for evaluating building component failure. CIB World Building Congress, Toronto, Canadá.

Trinius, W. (2005). Performance based building and sustainable construction. CEN Construction Sector Network Conference, Prague.