Inyección lechada en vaina. https://www.youtube.com/watch?v=nR56Qlnr2xw
Continuamos analizando las novedades del Código Estructural respecto a la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. En este caso se trata del control de la ejecución de la inyección en las operaciones de pretensado, que recoge el Artículo 67.2. En la EHE-08 este mismo apartado se trataba en el Artículo 96.2. Existen pocas modificaciones en la nueva redacción de este artículo, pero alguna de gran trascendencia. Vamos a comentarlas a continuación.
Se ha sustituido “frecuencia diaria” por “cada jornada“. La Real Academia Española indica que jornada es “el tiempo de duración del trabajo diario“, por lo que parece que no existe un motivo de fondo para este cambio.
Se aclara en la nueva redacción que es el constructor, y no otro, el que cada diez jornadas en que se efectúen operaciones de inyección y no menos de una vez, deberá realizar los ensayos de resistencia de la lechada o mortero y los de exudación y reducción de volumen.
Se verificará si el constructor ha realizado los ensayos mediante el “control de contraste“. La verdad es que el Código es poco claro al respecto. La primera vez que aparece este término, sin definir, es el Artículo 67.1. Hay que esperar al Artículo 101.1 para entender que el control de contraste lo efectúa, en su caso, la dirección facultativa. Por tanto, sin una definición explícita al respecto, supondremos que el control de contraste es un control que realiza, si así lo fuera, la dirección facultativa, sobre los controles que realiza el constructor. Nada hubiese costado ser más claro en la redacción de esta norma.
La novedad más relevante es la que obliga, de forma independiente, a la dirección facultativa y al constructor, a sendas inspecciones visuales de las vainas inyectadas transcurridos 7 días desde el final del curado. Se trata de comprobar que todos los anclajes se encuentran adecuadamente protegidos y que no existe fisuración no controlada en el mortero empleado. Resulta evidente la importancia en este punto, pues el Código impone un control redundante del mismo.
Os dejo a continuación el Artículo 67.2 del Código Estructural para su consulta.
67.2 Control de la ejecución de la inyección.
Las condiciones que habrá de cumplir la ejecución de la operación de inyección serán las indicadas en el apartado 50.4.
Se controlará el plazo de tiempo transcurrido entre la terminación de la primera etapa de tesado y la realización de la inyección.
El constructor hará, cada jornada, los siguientes controles:
– del tiempo de amasado, – de la relación agua/cemento, – de la cantidad de aditivo utilizada, – de la viscosidad, con el cono, en el momento de iniciar la inyección, – de la viscosidad a la salida de la lechada por el último tubo de purga, – de que ha salido todo el aire del interior de la vaina antes de cerrar sucesivamente los distintos tubos de purga, – de la presión de inyección, – de fugas, – del registro de temperatura ambiente máxima y mínima las jornadas que se realicen inyecciones y en las dos jornadas sucesivas, especialmente en tiempo frío.
Cada diez jornadas en que se efectúen operaciones de inyección y no menos de una vez, el constructor realizarán los siguientes ensayos:
– de la resistencia de la lechada o mortero mediante la toma de 3 probetas para romper a 28 días, – de la exudación y reducción de volumen, de acuerdo con el apartado 37.4.2.2.
El control de contraste verificará que el constructor realiza estos controles.
En el caso de sistemas de pretensado en posesión de un distintivo de calidad oficialmente reconocido, la dirección facultativa podrá eximir de cualquier comprobación experimental del control de la inyección.
Una vez inyectadas las vainas, tanto el constructor como la dirección facultativa llevarán a cabo sendas inspecciones visuales, que deben ser independientes, de las protecciones ejecutadas en los anclajes del pretensado. Se efectuarán transcurridos 7 días desde el final del curado para comprobar que todos los anclajes se encuentran adecuadamente protegidos y que no existe fisuración no controlada en el mortero empleado.
También os dejo el comentario que sobre este artículo deja el Código Estructural:
“En los cables verticales se tendrá especial cuidado en evitar los peligros de la exudación siguiendo lo indicado en el apartado 50.4.1.4″.
Seguimos examinando los contenidos del Código Estructural relacionados con el control de la calidad. Ya he comentado en este blog cómo los conceptos aparecen diseminados a lo largo del articulado, incluso con incongruencias que estoy tratando de sacar a la luz. La trazabilidad, el nivel de control y, en particular, el control de los procesos de ejecución aparecen en distintos artículos.
Ya os adelanto que, si alguien está esperando aprender cómo se gestionan los procesos constructivos leyendo este epígrafe del Código, se va a llevar una decepción.
Bajo este artículo se recogen tres aspectos que, si bien están relacionados de alguna forma con los procesos constructivos, son dispares entre sí. Se incluyen aquí las instalaciones ajenas a la obra, la gestión medioambiental de la ejecución y el nivel de control y clases de ejecución. De su lectura resulta evidente que no está aquí recogido todo lo relacionado con la gestión de la ejecución. Como suele ser habitual, se han integrado en este Artículo 14 el parte del contenido de algunos otros de la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. En particular, la EHE-08 dedicaba el Artículo 66.2 a la gestión de los acopios de materiales en la obra y el Artículo 66.3 a las consideraciones de carácter medioambiental y de contribución a la sostenibilidad. Por otra parte, y aunque en el actual Artículo 14.3 se indiquen los niveles de control del proyecto, realmente es el Artículo 55.1 el que lo desarrolla. A pesar de esta diáspora de conceptos, vamos a analizar los cambios más significativos que encontramos en el actual Código.
La primera novedad consiste en que el constructor debe disponer de unos procedimientos escritos para cada uno de los procesos de ejecución de la estructura, coherentes con el proyecto, acordes con la reglamentación que sea aplicable y conforme con sus propios medios de producción. Resulta curioso que aún se hable de “procedimientos escritos”, cuando los registros normalmente son digitales. Esta obligación se encuentra alineada con los requisitos que tiene cualquier empresa que tenga certificado su sistema de gestión de la calidad conforme a ISO 9001. Es decir, que la constructora puede no estar certificada, pero tiene la obligación de los procedimientos. Existe, por tanto, una presión implícita del Código para que las empresas constructoras tengan certificado su sistema de gestión de la calidad.
Aparece el concepto “clase de ejecución” que es similar al de “nivel de control“, ambos definidos en el proyecto. El primero tiene que ver con las estructuras de acero, y el segundo, con las de hormigón. Hubiera sido interesante unificar ambos términos para dar coherencia a la norma. Se trata de establecer unos niveles de trazabilidad en función de la clase o del control de ejecución. Ello obliga al constructor a disponer de un sistema de registro y seguimiento de las unidades ejecutadas. Se trata de relacionar cada partida o remesa con el elemento construido (nivel A) o con el lote de ejecución (nivel B).
Se ha introducido el Artículo 14.1 sobre instalaciones ajenas a la obra. Su inclusión es obvia, pues trata de asegurar la trazabilidad mediante una gestión de los acopios. Suelen proceder de instalaciones industriales ajenas a la obra que suministran productos elaborados o semielaborados como estructuras metálicas, prefabricados o ferralla.
Se proponen tres niveles de gestión ambiental que, si bien presentan una escala diferente de exigencias, bastaría con cumplir uno de ellos, salvo requisito adicional de la propiedad. El nivel de operatividad medioambiental exige simplemente que el constructor cumpla la legislación vigente. Esto es tan obvio que sobrarían el resto de niveles. No obstante, el Código apunta la tendencia futura a mayores exigencias. Así, se aspira a una certificación medioambiental bajo ISO 14001 o similar. Un paso intermedio sería el nivel de sensibilización medioambiental cuando, a falta de certificación, la dirección facultativa comprueba que el constructor cumple una serie de requisitos ambientales específicos recogidos en el proyecto, previo acuerdo con la propiedad. Es evidente, como vimos anteriormente, que existe una presión hacia la certificación de la gestión de la calidad y del medioambiente de las empresas constructoras.
Se añade el Artículo 14.3 sobre niveles de control y clases de ejecución. Como se ha comentado, son dos conceptos análogos desde el punto de vista del nivel de trazabilidad, para las estructuras de hormigón y de acero, respectivamente. Por cierto, las tablas 14 y 14.3.1 son redundantes. Otra oportunidad perdida para simplificar y mejorar la legibilidad del Código.
Por último, es muy importante recoger la exigencia para el caso de puentes, donde el nivel de control será siempre el intenso. Ciertamente, la redacción del artículo es confusa, pues exige “clase de ejecución” para los elementos de hormigón. Otra ocasión perdida para mejorar el texto.
Os he grabado un vídeo explicativo que espero os resulte de interés.
Os dejo a continuación la transcripción del Artículo 14 del Código Estructural para su consulta.
Artículo 14. Gestión de los procesos constructivos.
El constructor deberá disponer de:
a) unos procedimientos escritos para cada uno de los procesos de ejecución de la estructura, coherentes con el proyecto, acordes con la reglamentación que sea aplicable y conforme con sus propios medios de producción, y
b) un sistema de gestión de los materiales, productos y elementos que se vayan a colocar en la obra, de manera que se asegure la trazabilidad de los mismos. Dicho sistema de gestión deberá presentar, al menos, las siguientes características:
– disponer de un registro de suministradores de la obra, con identificación completa de los mismos y de los materiales y productos suministrados,
– disponer de un sistema de almacenamiento de los acopios en la obra que permita mantener, en su caso, la trazabilidad de cada una de las partidas o remesas que llegan a la obra, y
– disponer de un sistema de registro y seguimiento de las unidades ejecutadas que relacione estas con las partidas de productos utilizados y, en su caso, con las remesas empleadas en las mismas, de manera que se pueda mantener un determinado nivel de trazabilidad durante la ejecución de la obra, de acuerdo con el nivel de control y la clase de ejecución definido en el proyecto, de acuerdo con la tabla 14, donde:
• el nivel A de trazabilidad permite relacionar cada partida o remesa con el elemento construido, mientras que • el nivel B de trazabilidad permite relacionar cada partida o remesa con el lote de ejecución.
14.1 Instalaciones ajenas a la obra.
En el caso de instalaciones industriales ajenas a la obra que suministren productos elaborados o semielaborados a la misma (como por ejemplo, los talleres de estructura metálica, las industrias de prefabricados o los talleres de ferralla), deberán disponer de los sistemas adecuados de gestión de los acopios que les permitan mantener los niveles de trazabilidad establecidos para la estructura.
14.2 Gestión medioambiental de la ejecución.
Sin perjuicio del cumplimiento de la legislación de protección ambiental vigente, la propiedad podrá establecer que el constructor tenga en cuenta una serie de consideraciones de carácter medioambiental durante la ejecución de la estructura, al objeto de minimizar los potenciales impactos derivados de dicha actividad. A los efectos de este Código, se pueden contemplar tres niveles de gestión medioambiental, definidos de acuerdo con el siguiente criterio:
a) nivel de certificación medioambiental, cuando la obra se encuentre incluida en el alcance de la certificación del constructor de conformidad con UNE-EN ISO 14001 o norma equivalente ISO 14001, b) nivel de sensibilización medioambiental, cuando la obra no esté en posesión del certificado indicado en el punto a), pero la dirección facultativa compruebe que el constructor cumple una serie de requisitos ambientales específicos recogidos en el proyecto, previo acuerdo con la propiedad, y c) nivel de operatividad medioambiental, cuando el constructor se limite al cumplimiento de la legislación medioambiental vigente.
En su caso, dicha exigencia debería incluirse en un anejo de evaluación ambiental de la estructura, que formará parte del proyecto. En caso de que el proyecto no contemplara este tipo de exigencias para la fase de ejecución, la propiedad podrá obligar a su cumplimiento mediante la introducción de las cláusulas correspondientes en el contrato con el constructor.
En particular, el sistema de gestión medioambiental de la ejecución deberá identificar las correspondientes buenas prácticas medioambientales a seguir durante la ejecución de la obra. En el caso de que el proyecto haya establecido exigencias relativas a la contribución de la estructura a la sostenibilidad, de acuerdo con el capítulo 2, la ejecución deberá ser coherente con dichas exigencias.
En el caso de que algunas de las unidades de obra sean subcontratadas, el constructor, entendido este como el contratista principal, deberá velar para que se observe el cumplimiento de las consideraciones medioambientales en la totalidad de la obra.
14.3 Nivel de control y clases de ejecución.
El pliego de prescripciones técnicas particulares del proyecto incluirá la identificación del nivel de control de ejecución en el caso de estructuras de hormigón, y de las clases de ejecución que serán aplicables a cada elemento en el caso de estructuras de acero, necesarias para garantizar el nivel adecuado de seguridad.
Una estructura de acero puede incluir elementos de distinta clase. En dicho caso, debe procederse a agrupar los elementos por clases al objeto de simplificar la especificación de los criterios requeridos, la gestión de su comprobación y la valoración de su ejecución y control.
De acuerdo con los índices de fiabilidad adoptados en el apartado 5.2.1 de este Código, debe cumplirse una clase de fiabilidad RC2. Por ello, el nivel de inspección durante la ejecución según el apartado B5 del Anejo 18 debe ser, al menos, el IL2, lo que conlleva a que: – en los elementos de hormigón, un control de ejecución intenso o normal (según el apartado 22.4.1), y – en los elementos de acero, un control de ejecución intenso o normal, en función de la clase de ejecución, que deberá ser 2, 3 o 4 (según el apartado 91.2) (tabla 14.3.1).
Salvo indicación en contra de la reglamentación específica que le sea aplicable, en el caso de puentes, la clase de ejecución será: – para los elementos de hormigón, control de ejecución intenso, y – para los elementos de acero estructural, clase 3 o 4.
Recojo el comentario del Artículo 14 del código referido a la trazabilidad a efectos de entender mejor el concepto.
“Cuando el articulado se refiere a mantener la trazabilidad, al menos, en el nivel de los lotes de ejecución, se pretende que el sistema de gestión al que se hace referencia permita que, en el caso de que se produjera algún problema con alguna de las partidas de materiales o productos empleados en la obra, pueda identificarse inequívocamente en qué lotes de ejecución ha sido empleada dicha partida. Análogamente, si se produjera algún problema o patología en alguno de los elementos estructurales, una vez relacionado éste con su lote de ejecución correspondiente, deberá poderse identificar inequívocamente, qué partidas de materiales y productos han sido empleados para la ejecución del elemento estructural afectado“.
La construcción con hormigón prefabricado presenta claras ventajas económicas cuando se fabrican en taller piezas en grandes series. El ahorro en material y en mano de obra, la elevada calidad en el producto y el rápido montaje son razones que justifican, por sí solas, el uso de la construcción prefabricada. Sin embargo, hoy en día existen motivos adicionales basados en beneficios sociales y medioambientales que justifican la adopción de la tecnología del hormigón prefabricado. Asimismo, los proyectistas han tomado buena nota de las ventajas del prefabricado cuando se trata de construir puentes con luces moderadas, de 10 a 50 m. En estos casos, la disminución del peso resulta fundamental para reducir los costes de elevación y transporte de las piezas. En este contexto, la optimización estructural del coste necesario para construir un puente de vigas prefabricadas constituye un área de gran interés,especialmente cuando se realizan grandes series de piezas.
Siguiendo esta línea de trabajo, nuestro grupo de investigación se ha centrado en los últimos años en el diseño automatizado de puentes de vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado (HP) empleados como pasos superiores sobre vías de comunicación. Las luces vienen impuestas por las dimensiones de la vía inferior, con rangos habituales que oscilan entre los 20 y los 40 m. Estos puentes consisten en vigas de HP con forma de U con losa superior colaborante (Figura 2) y un tablero de hormigón, parcialmente prefabricado o construido “in situ”. Esta tipología cuenta a su favor, entre otras, con las ventajas derivadas de la prefabricación, como por ejemplo la construcción industrializada, los moldes reutilizables, los plazos reducidos de ejecución en obra y la baja interferencia con el tráfico inferior. La solución de viga en U permite eliminar completamente los poco agraciados cabezales sobre pila de los tableros de viga en doble T.
Figura 2. Esquema longitudinal del puente y sección transversal del tablero
Resulta interesante comparar la mejor solución alcanzada por alguno de los algoritmos desarrollados por nuestro gruporespecto a una estructura realmente construida y calculada mediante procedimientos habituales. Se han comprobado para casos similares ahorros apreciables en torno al 7-8%. Sin embargo, en algún caso extremo, como el caso del viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida del proyecto de construcción de la autovía del Mediterráneo, el ahorro se ha estimado en un 50% (Martí et al., 2014). En este caso, el puente tenía una luz de 35 m y un ancho de tablero igual al de la solución optimizada, siendo el ahorro alcanzado tan importante a causa de las diferencias en la medición de las unidades de obra en materiales que pueden apreciarse en la Tabla 1.
Tabla 1. Comparación de las mediciones en las unidades de obra significativas correspondientes al viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida, de luz 35 m, respecto a la solución optimizada (Martí et al., 2014)
Resulta evidente que los resultados alcanzados por nuestro grupo de investigación pueden ser de gran interés para su transferencia a las empresas de prefabricados, constructoras y proyectistas. Este diseño automatizado supone un auténtico revulsivo en la forma de entender el proyecto de las estructuras. No obstante, ciertas prácticas comunes como introducir en los proyectos estructuras prefabricadas sobredimensionadas y luego ajustarlas durante la obra (con los consiguientes ahorros para las partes) pueden verse afectadas por este tipo de diseño optimizado. Esta mala praxis puede ser un impedimento para que el diseño optimizado entre a formar parte de la práctica habitual en nuestro sector.
Os dejo a continuación un vídeo del GRUPO BERTOLÍN donde distintos técnicos nos explican las características de los puentes construidos con vigas artesas, sus partes principales y los procesos de ingeniería, mostrando como ejemplo diferentes estructuras en las que Bertolín trabaja actualmente: 4 estructuras en la variante norte de Bétera, acceso a Torrente por el barranco de Chiva, duplicación del puente de Malilla en Valencia y la mejora del acceso de la V30 a la V31.
A continuación os dejo las publicaciones científicas que ha realizado nuestro grupo de investigación al respecto de los puentes de vigas artesa. Estamos, cómo no, en disposición de realizar transferencia tecnológica a las empresas que así nos lo soliciten.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI:10.1016/j.acme.2017.02.006
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2017). Design optimization of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement by a hybrid evolutionary algorithm.International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 5(2):179-189.
MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI:10.1016/j.jclepro.2016.02.024
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement.Journal of Structural Engineering, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI:10.1016/j.autcon.2014.10.013
Figura 1. Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
En varios artículos anteriores detallamos los antecedentes, la motivación, las hipótesis de partida, así como la trascendencia del proyecto de investigación HYDELIFE. Ahora vamos a explicar los objetivos y la metodología de este proyecto, del cual soy investigador principal: Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos (PID2020-117056RB-I00). Los investigadores de este proyecto pertenemos al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH).
El objetivo general perseguido se basa en afrontar el reto social que supone la creación y la conservación de las construcciones modulares y puentes mixtos en escenarios de fuertes restricciones presupuestarias, mediante la resolución de los problemas complejos planteados en el ámbito de las decisiones públicas y privadas. Para ello se precisa un salto científico capaz de integrar a los distintos actores y grupos de expertos en la toma de decisiones considerando criterios de sostenibilidad social y ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de las infraestructuras considerando la variabilidad inherente al mundo real. Para integrar las incertidumbres que afectan al sistema, se propone aplicar técnicas metaheurísticas híbridas basadas en fiabilidad, aplicadas no sólo al proyecto de nuevas estructuras, sino al mantenimiento de las actuales. Un estudio de sensibilidad de los escenarios presupuestarios y de las hipótesis tomadas en los inventarios del análisis del ciclo de vida proporcionará conocimiento no trivial sobre las mejores prácticas. Esta metodología será aplicable también a otro tipo de infraestructuras.
El objetivo general se desarrollará mediante los objetivos específicos mostrados en la Figura 2 y que se describen a continuación, de los cuales será responsable el investigador principal:
OE-1: Análisis de funciones de distribución específicas para el diseño óptimo basado en fiabilidad que integre aspectos ambientales, sociales y económicos que sirva para la toma de decisión multicriterio.
OE-2: Determinación de indicadores clave basados en redes bayesianas y lógica neutrosófica para garantizar una efectiva integración de la sostenibilidad ambiental y social en la licitación de proyectos mantenimiento de construcciones modulares, puentes mixtos e híbridos.
OE-3: Identificación de estrategias de mantenimiento robusto óptimo de construcciones modulares y puentes mixtos y estructuras híbridas.
OE-4: Formulación y resolución del problema de optimización multiobjetivo que contemple el ciclo completo de construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas mediante metaheurísticas híbridas.
OE-5: Comparación del diseño robusto óptimo respecto a la optimización heurística considerando incertidumbres en los escenarios presupuestarios y en las hipótesis del análisis del ciclo de vida.
OE-6: Difusión de resultados y redacción de informes.
Figura 2.- Objetivos específicos del proyecto HYDELIFE
Metodología propuesta en relación con los objetivos y con el estado del arte
El análisis del estado del arte alumbró dos huecos en la investigación, el empleo de metaheurísticas híbridas con Deep Learning y su aplicación a construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas. Además, el empleo de la lógica neutrosófica y las redes bayesianas abre puertas en el ámbito de la decisión multicriterio. Estas novedades se combinan en la metodología con técnicas y disciplinas ya empleadas en otros proyectos: análisis del ciclo de vida, análisis basado en fiabilidad, diseño óptimo robusto, metamodelos y técnicas de minería de datos. Por tanto, se trata de una combinación integrada cuyo objetivo es la priorización del tipo de diseño, en el caso de estructuras de nueva planta, o bien de su mantenimiento, basándose en criterios de sostenibilidad social y ambiental bajo presupuestos restrictivos, considerando la variabilidad inherente a los problemas reales.
La Figura 3 muestra el esquema metodológico propuesto para HYDELIFE, relacionando las fases con los objetivos propuestos. Se utiliza un enfoque mixto e interactivo, donde el decisor proporciona información sobre las preferencias al analista que, tras una optimización multiobjetivo basada en fiabilidad y metamodelos, aporta un conjunto de soluciones eficientes que el responsable debe evaluar antes de tomar su decisión. Por tanto, la novedad de la propuesta metodológica trifase se basa en la integración de técnicas de información a priori, donde el decisor (grupos de interés) informa de las preferencias al analista (en cuanto a tipologías, métodos constructivos, conservación, etc.), produciéndose con esta información una optimización multiobjetivo capaz de generar alternativas eficientes utilizando la variabilidad en los parámetros, variables y restricciones. La última fase pasa por un proceso de información a posteriori para que el decisor contemple aspectos no considerados en la optimización para dar la solución final completa.
Figura 3.- Esquema metodológico diseñado para HYDELIFE en relación con los objetivos
Proyecto de Investigación:
Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00. Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER. Investigador Principal: Víctor Yepes.
En este momento llevamos seis meses de trabajo, pues el proyecto comenzó en septiembre del 2021. Pero ya podemos dar algunos resultados que se pueden ver en la siguiente lista de referencias.
Referencias:
MARTÍNEZ FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA SANCHIS, I.; INSA FRANCO, R.; YEPES, V. (2022). Slab track optimisation using metamodels to improve rail construction sustainability. Journal of Construction Engineering and Management, (accepted, in press).
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision-making applied to the sustainability of building structures based on Modern Methods of Construction.Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for the structure of single-family homes. Environmental Impact Assessment Review, 89:106572. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106572
La aparición del Código Estructural, aprobado por el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, supone ciertas novedades en el ámbito de la construcción de nuestro país. Independientemente de la pertinencia de esta nueva norma en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. En este nuevo contexto, vamos a revisar de forma somera cómo se trata la calidad de las estructuras. Para ello tengamos en cuenta que el Código Estructural presenta cuatro títulos: Bases generales, Estructuras de hormigón, Estructuras de Acero y Estructuras mixtas; además de 32 Anejos, un total de 1789 páginas del Boletín Oficial del Estado.
La palabra “calidad” aparece en el nuevo código un total de 458 veces, frente a las 213 apariciones que tuvo en la anterior Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Este aumento se debe a la inclusión de las estructuras de acero y mixtas en el nuevo código. No obstante, conviene recordar que el concepto de calidad no se circunscribe exclusivamente a lo que se entiende como “control de calidad”, ya sea de recepción o de proceso, sino que va más allá, incluyendo aspectos relacionados con el aseguramiento de la calidad de las organizaciones. Con todo, si entendemos como calidad el enfoque técnico de Crosby como el cumplimiento de las especificaciones de un producto o servicio, entonces todo el Código sería objeto del concepto de calidad. Es por ello que vamos a restringir la perspectiva a aquellos aspectos al que la nueva norma se refiere cuando aparece el término calidad en su articulado.
Una lectura en diagonal del Código ya nos indica que hay una gran dispersión de los conceptos relacionados con la calidad. Nos encontramos aspectos relacionados con exigencias de calidad medioambiental en la ejecución mezclados con otros relacionados con las condiciones de suministro, las garantías de calidad y el control de la recepción. Se intercalan aspectos relacionados con la responsabilidad en la gestión de la calidad con otros relacionados con el control. Resulta evidente la confusión de conceptos como “gestión de la calidad”, “garantía de la calidad” o “control de la calidad” a lo largo del texto. Hubiera sido interesante aclarar estos conceptos en el Capítulo 5 Bases generales para la gestión de la calidad de las estructuras. De todas formas, la Tabla 17.1 nos ilumina con cierto orden, al menos, en lo relacionado con la conformidad en el control del proyecto, de los productos, de la ejecución de la estructura y de la estructura terminada.
Tabla 17.1 Definición de tipos de conformidad
Sin entrar en más detalles, sí que se detecta un cambio en el control de calidad de la ejecución respecto a la EHE-08. Mejora la trazabilidad, modifica las condiciones de fabricación y armoniza diversas nomenclaturas españolas a las europeas. Estos cambios afectan a los propios lotes, los lotes de ensayos de resistencia, las unidades de inspección y su frecuencia, etc. Los cambios tratan de diferenciar mejor los elementos estructurales y sistemas constructivos. Destaca asimismo la diferencia de los puentes respecto al resto de estructuras y una atención especial a las estructuras de baja complejidad. Cabe destacar el Anejo 4 Documentación de suministro y control de los productos recibidos directamente en obra, que explica muy claramente toda la documentación para los productos recepcionados en obra antes, durante y al finalizar su suministro.
Por otra parte, se sustituyen las menciones a la Directiva 89/106/CEE del Consejo, de 21 de diciembre de 1988, relativas a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros sobre los productos de construcción, que se contenían en la reglamentación vigente, por las del Reglamento (UE) nº 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de marzo de 2011, por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo. También desaparece el concepto de idoneidad al uso de los productos con marcado CE y se sustituye por la presunción de veracidad de la declaración de prestaciones del producto por parte del fabricante. La declaración de prestaciones deberá cumplir las especificaciones del citado Reglamento (UE) nº 305/2011.
Resulta también de interés el refuerzo que hace el Código respecto a las consideraciones que deben aplicarse para los productos controlados en fábrica, entre los que se encuentran los prefabricados, con el añadido de la existencia de un organismo certificador externo que lo valide. Asimismo, se avanza en la posibilidad de que el fabricante pueda obtener de forma voluntaria un Distintivo de Calidad Oficialmente Reconocido (DCOR) que implique el cumplimiento de una serie de requisitos adicionales a los que establecen las normas armonizadas. Ello permite ventajas que ya venían de la EHE-08, entre las que destacan la máxima reducción posible de los coeficientes de seguridad de los materiales, hasta 1,35 en hormigón y hasta 1,10 en acero. Esto es de gran interés, por ejemplo, para prefabricados de hormigón certificados con un DCOR, siempre que se cumplan además otra serie de consideraciones.
Otro aspecto destacable es la estrecha relación que existe entre este nuevo Código Estructural y el Real Decreto 163/19, por el que se aprueba la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, de forma que existe ahora una correcta correlación entre la producción y la puesta en obra del hormigón.
Os dejo a continuación una mapa conceptual, que utilizo yo en mis clases, y que simplifica de alguna forma los aspectos relacionados con la calidad de las estructuras.
Control de ejecución de las estructuras. Elaboración: V. Yepes
Os dejo un vídeo que os he grabado al respecto.
También os dejo unos vídeos explicativos del Colegio de Ingenieros Técnicos de Obras Públicas de Aragón sobre el tratamiento de la calidad en el nuevo Código Estructural. Espero que os sean de utilidad.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.
Desde el establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ha surgido una gran preocupación sobre cómo disminuir los impactos que resultan de las actividades de construcción. En este contexto, los Métodos Modernos de Construcción (MMC) surgen como una poderosa forma de reducir la huella del ciclo de vida a través de la optimización del consumo de materiales. Este trabajo se centra en la evaluación de la sostenibilidad de diferentes técnicas MMC aplicadas a estructuras de hormigón de viviendas unifamiliares. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en términos de sostenibilidad entre un diseño de referencia convencional, un diseño prefabricado, un diseño de losa ligera con discos huecos presurizados y un diseño basado en elementos estructurales de doble pared. La sostenibilidad se evalúa mediante un conjunto de 38 indicadores que abordan no solo la respuesta económica y medioambiental de los diseños, sino también sus impactos sociales. Se aplican cinco de las técnicas más conocidas de toma de decisiones con criterios múltiples (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR y MIVES) para derivar el rendimiento del ciclo de vida de cada diseño en una única puntuación de sostenibilidad. Dado que no hay consenso sobre qué método MCDM funciona mejor en las evaluaciones de sostenibilidad, se propone aquí un Índice Global de Sostenibilidad Estructural (GSSI) que combina y pondera los anteriores para ayudar al análisis de los resultados obtenidos. Los resultados muestran que la consideración de las tres dimensiones de la sostenibilidad conduce a diseños equilibrados cuya preferencia no tiene por qué coincidir con los derivados de cada enfoque unidimensional del ciclo de vida.
El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 28 de enero de 2022 en el siguiente enlace:
Since the establishment of the Sustainable Development Goals, great concern has arisen on how to diminish the impacts that result from construction activities. In such context, Modern Methods of Construction (MMC) rise as a powerful way to reduce life cycle impacts through optimizing the consumption of materials. This paper focuses on the sustainability assessment of different modern construction techniques applied to concrete structures of single-family houses. The life cycle performance in terms of sustainability is compared between a conventional reference design, a precast design, a lightweight slab design with pressurized hollow discs, and a design based on double-wall structural elements. The sustainability is assessed through a set of 38 indicators that address not only the economic and environmental response of the designs, but also their social impacts as well. Five of the best known Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR and MIVES) are applied to derive the life-cycle performance of each design into a single sustainability score. Since there is no consensus on which MCDM method works best in sustainability assessments, a Global Structural Sustainability Index (GSSI) combining and weighting the above is proposed here to aid the analysis of the results obtained. The results show that consideration of the three dimensions of sustainability leads to balanced designs whose preference need not coincide with those derived from each one-dimensional life cycle approach.
Keywords:
Sustainability, Construction, Structural design, Life cycle cost, Life cycle assessment, Social life cycle, Multi-criteria decision-making, Modern methods of construction
Reference:
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision- making applied to the sustainability of building structures bases on Modern Methods of Construction.Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724
Figura 1. Construcción modular. https://www.draytonfox.com/modern-methods-of-construction/
La construcción modular y la prefabricación son técnicas ya veteranas en el ámbito de la ingeniería civil y la edificación. Desde que en 1936 Eugène Freyssinet construyera el primer puente de hormigón pretensado del mundo, en el que las vigas y tableros eran prefabricados, la tecnología ha experimentado un avance imparable. Por otra parte, la construcción modular tiene una larga historia en la gestión de la innovación (Simon, 1962). Sin embargo, la auténtica revolución que supone la inteligencia artificial, las tecnologías BIM y los retos de la sostenibilidad están cambiando radicalmente este concepto y lo está llevando a una nueva dimensión. En efecto, estamos ante la revolución de los métodos modernos de construcción. Este es el concepto del que vamos a hablar a continuación.
Los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC) , o como algunos llaman “construcción inteligente“, constituyen alternativas a la construcción tradicional. Este concepto MMC lo utilizó el gobierno del Reino Unido para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales son tecnologías de construcción en fábrica (Gibb, 1999). Es un término que cubre una amplia gama de tecnologías basada en la fabricación modular, ya sea “in situ” o en otra ubicación, que está revolucionando la forma de construir edificios de forma más rápida, rentable y eficiente. También suele llamarse construcción “off-site”. Un ejemplo no muy lejano ha sido la construcción de dos hospitales de campaña en Wuhan (China) en solo 12 días debido a la epidemia del coronavirus. Por ejemplo, países como Suecia y Japón lideran la construcción MMC. En Suecia, casi la mitad de las viviendas de nueva construcción utilizan este método, llegando al 80% en el caso de viviendas unifamiliares. Japón, es el país donde se construye mayor número de viviendas nuevas con este método, aunque no llegan al 20% del total. Incluso podemos leer una noticia de hace unos días donde el alcalde de Londres apoya decididamente la aplicación de diseño de viviendas modulares.
Los diferentes métodos MMC incluyen el sistema de paneles planos prefabricados, módulos volumétricos 3D (Figuras 1 y 3), construcción con losas planas, paneles de cerramiento prefabricados (Figura 2), muros y forjados de hormigón, tecnología de doble pared (Figura 4), cimientos de hormigón prefabricado, aislamiento de encofrados de hormigón, entre otros. No obstante, la gestión de los sistemas 1D/2D respecto a los volumétricos 3D es muy diferente (López, 2017).
Tabla 1. Principales diferencias entre los sistemas modulares basados en elementos 1D y 2D frente a celdas 3D (López, 2017)
La reciente norma UNE 127050:2020 trata justamente de los sistemas constructivos industrializados para edificios construidos a partir de elementos prefabricados de hormigón, así como de los requisitos de comportamiento, fabricación, instalación y verificación.
Figura 2. Paneles de cerramiento prefabricados (precast cladding panels). https://www.designingbuildings.co.uk/wiki/Precast_concrete_cladding
Las ventajas de la construcción MMC frente a la construcción tradicional son evidentes. Los módulos permiten un ahorro de tiempo de hasta el 50%, pues éstos se elaboran en fábrica, sin incidencia del clima. Una vez llegan a la obra, se ensamblan, interrumpiendo al mínimo la propia obra, pues el 80% de la actividad de la construcción se ha realizado lejos de la obra. Permite el uso de materiales respetuosos con el medio ambiente, reduciéndose el desperdicio. Los módulos son de diseño atractivo e innovador, con materiales de elevada calidad, con un diseño a medida del cliente. La construcción en fábrica permite la fabricación con tolerancias estrictas, la reducción de los errores, promueve la seguridad, no estando los materiales a la intemperie durante la construcción. Además, permite el uso de materiales durables, que mejoran el aislamiento acústico, la protección contra incendios y la eficiencia energética. Sin embargo, en algunos países el uso de las MMC presenta costes más elevados que la construcción tradicional. Otras barreras son la falta de mano de obra especializada, la escasez de suministros o la regulación existente (Rahman, 2014). Con todo, la actual crisis del Covid-19 puede acelerar los cambios necesarios. De todos modos, los métodos MMC constituyen un producto diferente al del mercado de la construcción tradicional. La construcción modular, al tratarse de un producto alternativo, en lugar de competir, complementará el mercado tradicional. El objetivo es aumentar la productividad de los recursos disponibles mejorando la calidad, la eficiencia empresarial, la satisfacción del cliente, el rendimiento ambiental, el índice de sostenibilidad y el control de los plazos de entrega (Yepes et al., 2012; Pellicer et al., 2014, 2016).
Figura 3. Módulos volumétricos 3D (3D volumetric modules). http://www.ehu.eus/ehusfera/industrialized-architecture/page/4/
En la tabla siguiente, elaborada por Alejandro López, se pueden ver las diferencias más notables entre la construcción industrializada frente a la tradicional.
Tabla 2. Diferencias entre construcción tradicional e industrializada (Alejandro López).
Construcción tradicional
Construcción industrializada
Definición
Más posibilidades de cambios a lo largo de todo el proceso
Etapas claramente definidas, empezando desde el proyecto
Calidad
Elementos se manufacturan y/o ejecutan en la propia obra, mayor influencia del error humano (más rechazos)
Mayor control (cada pieza tiene su destino), menor influencia del error humano (se sustituyen los albañiles por montadores: la pieza tiene su lugar)
Precisión
Se admiten los errores. Las tolerancias se basan en centímetros
La precisión dimensional y espacial de los elementos es crucial. Las tolerancias se basan en milímetros
Mano de obra
Dependencia casi exclusiva de la capacitación técnica de la mano de obra humana disponible
Procesos más automatizados
Coste
En origen, normalmente menor. Pero mayor riesgo de imprevistos y desviaciones económicas
Precio cerrado en proyecto
Tiempo
El mayor grado de indefinición y la mayor interacción entre los distintos agentes provoca desviaciones en tiempo y, por tanto, en costes
Mayor grado de cumplimiento en la planificación de la obra, rápida apertura de tajos para otros gremios, menor dependencia de las condiciones climatológicas
Materiales
La obra es la fábrica al mismo tiempo. Muchos excedentes de materiales
Menor generación de residuos
Una de las claves que acelerará, sin duda, la adopción de los métodos MMC es la introducción de la metodología BIM en los proyectos de edificación o de infraestructuras. En España, las administraciones públicas ya van dando pasos hacia la exigencia de que los proyectos de edificación o infraestructuras se realicen bajo la metodología BIM. Tanto MMC como BIM aumentan claramente la calidad del producto, la sostenibilidad y la mejora del servicio a lo largo del ciclo de vida del activo. A este respecto, recomiendo leer la guía BIM para empresas de prefabricados de hormigón (ANDECE, 2020).
En la feria Construmat de Barcelona (mayo de 2019), McKinsey & Company presentó un informe en el que se detalla cómo la tecnología basada en datos podría ayudar a las empresas españolas de infraestructuras a tomar decisiones más inteligentes, reducir el riesgo y mejorar los resultados de los proyectos. Por tanto, BIM, la automatización de procesos, la inteligencia artificial, el Big Data, las tecnologías en la nube o la interacción con Internet de las Cosas suponen el revolución que lanzará definitivamente la construcción inteligente.
Figura 4. Tecnología de doble pared (twin wall technology). https://www.cornishconcrete.co.uk/products/twin-wall/
Dentro de nuestro grupo de investigación estamos trabajando en la tesis doctoral de Antonio Sánchez Garrido sobre este tipo de aspectos. En una de sus primeras publicaciones en revista indexada en el primer decil de JCR (Sánchez-Garrido y Yepes, 2020), se han aplicado técnicas analíticas de toma de decisiones multicriterio (MCDM) y análisis del ciclo de vida, a una tipología de construcción tradicional de una vivienda unifamiliar, y a dos alternativas diferentes basadas en MMC. Se propone un índice de sosteniblidad, que incluye atributos tangibles e intangibles, así como factores de incertidumbre y riesgos, que permite a los promotores priorizar soluciones que aseguren la sostenibilidad económica, social y medioambiental.
Os dejo algunos vídeos al respecto de esta nueva tecnología.
https://www.youtube.com/watch?v=fZl9Pd0UU_U
Os dejo como información complementaria un artículo de Alejandro López de hace apenas tres años, pero donde ya se empezaba a vislumbrar un crecimiento exponencial de la construcción modular.
DOWSETT, R.; GREEN, M.; SEXTON, M.; HARTY, C.,2019. Projecting at the project level: MMC supply chain integration roadmap for small house builders. Construction Innovation-England, 19 (2): 193-211.
PELLICER, E.; YEPES, V.; CORREA, C.L.; ALARCÓN, L.F. (2014). Model for Systematic Innovation in Construction Companies.Journal of Construction Engineering and Management, 140(4):B4014001.
PELLICER, E.; SIERRA, L.A.; YEPES, V. (2016). Appraisal of infrastructure sustainability by graduate students using an active-learning method.Journal of Cleaner Production, 113:884-896.
RAHMAN, M.M. (2014). Barriers of implementing modern methods of construction. Journal of Management in Engineering, 30(1):69-77.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2020). Multi-criteria assessment of alternative sustainable structures for a self-promoted, single-family home.Journal of Cleaner Production, 258: 120556.
SIMON, H.A. (1962). The arquitecture of complexity. Proceedings of the American Philosophical Society, 106(6):467-482.
YEPES, V.; PELLICER, E.; ORTEGA, J.A. (2012). Designing a benchmark indicator for managerial competences in construction at the graduate level. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice, 138(1): 48-54.
La sorpresa ha sido mayúscula. El tuit ha sido retuiteado y comentado muchísimo más de lo que esperaba. Muchas contestaciones han sido correctas. Otras, incluso siendo correctas, son muy creativas.
La verdad es que la forma ondulada permite un aumento considerable del momento de inercia de la sección, lo cual permite reducir las tensiones provocadas por el momento flector en la base. Esto permite reducir la cantidad de ladrillos necesarios en el caso de ser un muro recto: se tendría que realizar un muro doble y, probablemente, reforzar con algún pilar intermedio o contrafuerte, dependiendo de la altura del muro y de las acciones previstas, especialmente el viento. La solución, como veis, es bastante sencilla, con unos conocimientos muy básicos de resistencia de materiales y cálculo estructural. Lo que es evidente, es que esta geometría precisa de cierta destreza por parte de los oficiales que ejecutan el muro, y algo más de tiempo.
¿Por qué creéis que en Inglaterra a veces nos encontramos con este tipo de muros ondulados? ¿Se trata de algo decorativo? Tiene una explicación mucho más profunda pic.twitter.com/MNPDf8xwq4
Sin embargo, las respuestas recibidas van más allá de esta consideración. Os voy a comentar algunas de ellas para que veáis que la inteligencia colectiva, a veces, ofrece soluciones de lo más creativas.
Por ejemplo, Amaia López nos ilustra un ejemplo de muro serpenteante que se encuentra en nuestro país, en concreto, en Caldes de Montbui (Barcelona).
Figura 2. Muro serpenteante en Caldes de Montbui (Barcelona). Fuente: Amaia López
Otros son más creativos, como Rafael Naranjo, que nos dice que podría ser la forma para defender ciertas posiciones en la batalla, aunque creo que en Inglaterra estos muros no tienen mucho que ver con este tipo de estrategias bélicas. También muchas respuestas han comentado el aumento de la estabilidad del muro, aunque para eso tenemos el cimiento, que debería ser quien asegurara este estado límite. Alguno se inclina por hablar de las ondas sísmicas y su afección al muro. Por cierto, alguien ha querido traducir “crinkle crankle” como “cigüeña arrugada”, aunque yo me quedo mejor con el nombre de “muro serpenteante”.
Metidos en Carretera (@MetEnCarretera) nos ofrece una explicación con el símil de algunas soluciones prefabricadas, para ganar canto sin incrementar el espesor del muro. Este es un buen ejemplo.
Figura 3. Ejemplo de muro prefabricado. Fuente: @MetEnCarretera
Otras explicaciones apuntan al efecto arco que presenta el muro, haciendo que los efectos de flexión se transformen en compresión. Eso me recuerda a la solución genial de Eduardo Torroja para la cubierta del hipódromo de la Zarzuela, aunque la diferencia es que el muro serpenteante tiene una sola curvatura, y la cubierta citada tiene doble curvatura. Una idea sería usar esta forma para muros de contención prefabricados. Ahí lo dejo.
Figura 4. Hipódromo de la Zarzuela. Wikipedia
Interesante la puntualización de Luis Bañón (@luisbanon) respecto al problema que pueden presentar estos muros delgados si choca frontalmente un vehículo debido al punzonamiento. Santiago Calvo nos da un motivo agrícola, como es la ampliación de la superficie de cultivo de fruta aprovechando las zonas de sombra que proporciona esta geometría, y también un motivo estético, como es su uso en la Universidad de Virginia. Quisco Mena, incluso, argumenta que, además de la inercia, esta forma permite eliminar las juntas de dilatación.
Como resumen, no dejo de sorprenderme cada día en las redes sociales. A veces hay mucha tontería, pero otras veces se aprende. Este es un ejemplo de interactuar con mis estudiantes y abrir un debate interesante en redes.
Cimentación con cálices realizados in situ para pilares prefabricados. http://prefabricadoseguro.com/
La Norma UNE-EN 14991:2008 contempla los requisitos y los criterios básicos de prestaciones y especifica, donde sea aplicable, los valores mínimos de los elementos prefabricados para cimentaciones (comprende pilares con elementos de cimentación integrados, elementos de cimentación en cáliz, cálices, etc.) fabricados con hormigón armado de peso normal para estructuras de edificaciones de acuerdo con la Norma Europea EN 1992-1-1.
