Acaban de publicarnos un artículo en Structures, revista indexada en el JCR. El trabajo lleva a cabo un análisis exhaustivo de 127 artículos para identificar las tendencias predominantes y las brechas actuales en la investigación sobre edificios prefabricados de hormigón (PCB) resistentes a los terremotos. Estos edificios ofrecen ventajas como la rapidez de construcción, la mejora de la durabilidad y la reducción de la mano de obra, pero es necesario estudiar las conexiones entre los elementos prefabricados para garantizar su resistencia sísmica.
El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Entre otras, se pueden destacar las siguientes contribuciones del trabajo:
Reveló la correlación entre los PCB y temas como las conexiones secas, la disipación de energía, el diseño óptimo y el colapso progresivo, lo que puso de relieve la naturaleza diversa de las investigaciones actuales en este campo.
Identificaron los sistemas de marcos y pantallas de rigidización como las categorías predominantes en la investigación de los PCB, siendo el enfoque tradicional de construcción moldeada in situ la referencia para determinar su rendimiento sísmico.
Destacó la necesidad de explorar con mayor detalle sistemas estructurales innovadores y resilientes y de adoptar metodologías de vanguardia para integrar la seguridad sísmica y la sostenibilidad de los PCB.
Proporcionó una hoja de ruta para futuros proyectos de investigación e informó sobre los últimos avances y tendencias en la investigación de PCB con seguridad sísmica.
Precast concrete buildings (PCB) offer several advantages, including swift construction, exceptional quality, enhanced durability, decreased formwork requirements, and reduced labour. However, it is crucial to effectively study the connections between the various prefabricated elements that make up the structure, particularly in the face of dynamic loads and seismic actions. Extensive research has been conducted to develop seismic-resistant PCB, underscoring the necessity of exploring research approaches, identifying trends, addressing gaps, and outlining future research directions. A thorough analysis was carried out on a literature set comprising 127 articles published between 2012 and May 2023, using a three-step research process that included bibliometric search, quantitative analysis, and qualitative analysis. The primary objective was to identify prevailing research trends and pinpoint current gaps that would contribute to the advancement of future research. The scientific mapping of authors’ keywords revealed the correlation between PCB and topics such as dry connections, energy dissipation, optimal design, and progressive collapse, highlighting the diverse nature of current research in the field. Furthermore, the qualitative literature analysis demonstrated that frame and shear wall systems emerged as the predominant categories. This dominance can be attributed to the seismic performance reference being the traditional cast-in-place building approach. Nonetheless, this study brings attention to several notable research gaps. These gaps include exploring innovative, resilient structural systems in greater detail and adopting state-of-the-art methodologies that facilitate decision-making processes in integrating PCB seismic safety and sustainability. This study provides a roadmap for future research projects and reports on the latest developments and trends in seismically safe PCB research.
Keywords:
Precast concrete; Prefabricated building; Connections; Seismic design; Construction industry; Modern methods of construction; State of the art
Figura 1. Fibra de vidrio. https://fibereagle.com/refuerzo-de-hormigon-con-fibra-de-vidrio/
El mortero de cemento reforzado con fibra de vidrio (GRC, por sus siglas en inglés) combina cemento con fibras cortas de vidrio. Su desarrollo comenzó en la década de 1950 con la idea de incorporar fibras de vidrio en lugar de usar armaduras de hormigón. Sin embargo, el GRC actual surgió en la década de 1960, cuando se reemplazaron las fibras de amianto, cancerígenas. Los primeros tipos empleaban fibras de vidrio basadas en sílice y mortero de cemento Portland. Sin embargo, estas propiedades a corto plazo se deterioraban debido a la corrosión de las fibras por el cemento. Para ampliar las aplicaciones del GRC, se desarrollaron fibras de vidrio resistentes a ambientes alcalinos, con circonio como elemento base, denominadas «alcali resistant» o AR.
El GRC destaca por su resistencia mecánica y su capacidad de adaptación a aplicaciones no estructurales, lo que lo convierte en un recurso valioso en proyectos de ingeniería civil y arquitectura que buscan soluciones estéticas y funcionales. Su flexibilidad en el diseño lo hace idóneo para crear diversas formas con grosores de aproximadamente 10 mm, sin recurrir a armaduras. En ingeniería civil, el GRC se utiliza en elementos prefabricados para saneamiento, encofrados perdidos, pantallas de aislamiento acústico y en el revestimiento de túneles. La versatilidad de este material en términos de diseño permite crear encofrados perdidos con mosaicos y formas sumamente complejas.
Figura 2. Fachada de GRC para el Palacio de Justicia de Córdoba. https://arqzon.com.mx/2021/06/23/grc-concreto-reforzado-fibra-de-vidrio-en-la-construccion/
El mortero reforzado con fibra de vidrio se caracteriza por su resistencia al agrietamiento y a la tracción mecánica. Además, es eficaz en la prevención de daños por impacto y aumenta su capacidad de deformación, lo que contribuye a una mayor resistencia a las tensiones externas. También destaca su resistencia a la congelación, la descongelación, la fatiga, el peso y los cortes. Además, reduce significativamente la segregación, el sangrado y las filtraciones de líquidos, lo que mejora la integridad de las estructuras en las que se utiliza.
Las fibras de vidrio suelen tener un módulo de elasticidad a 25 °C de 70 GPa, una resistencia a tracción de 3600 MPa (de 1750 MPa si se trata de un haz de fibras) y una deformación en rotura del 2 %. Es importante destacar que las fibras de vidrio no son monolíticas, pues se componen de un haz de alrededor de 200 filamentos de vidrio, cada uno con un diámetro de 10-20 μm.
La cantidad necesaria de fibra de vidrio varía según el método de fabricación. Hay que prestar atención a que las cantidades de cada componente sean las correctas. Así se evita que la fibra de vidrio aparezca en la superficie y se obtiene la máxima resistencia. Si el GRC se proyecta, se añade una fracción volumétrica del 5 % de fibras de vidrio. Cuando se opta por una mezcla premezclada de fibra y mortero de cemento, la fracción se reduce al 3,5 %. La longitud de las fibras empleadas se encuentra entre 25 y 40 mm. El cemento Portland es prácticamente el único que se utiliza en la fabricación del GRC. La arena suele ser de origen silíceo. Además, suele añadirse un plastificante que confiere la viscosidad adecuada al mortero. Asimismo, se pueden añadir diversos aditivos y pigmentos para lograr el aspecto deseado en los elementos.
Por lo general, se emplean cantidades iguales de cemento y arena, con una relación agua/cemento de aproximadamente 0,4. No obstante, esta relación puede ajustarse para lograr la fluidez adecuada en el proceso de fabricación. Para evitar un exceso de agua, se recurre a superplastificantes. Para mantener las características del material en etapas avanzadas de su vida útil, en ocasiones se recurre al humo de sílice o al metacaolín. Es importante destacar que el GRC cambia sus propiedades con el paso del tiempo, con una pérdida apreciable de ductilidad y de capacidad de carga.
En la actualidad, se emplean tres métodos principales para fabricar el GRC: la proyección conjunta, la mezcla previa y la mezcla previa con posterior proyección. Cada uno de estos métodos tiene sus propias variantes y particularidades. Veamos sus características.
Fabricación por proyección conjunta
El mortero se proyecta mediante una pistola que dispara las fibras y el mortero a través de orificios separados, que se unen y se mezclan en el molde. Una bobina suministra una cuerda de fibras de vidrio que se corta a la longitud deseada en la cabeza de la pistola. Por la parte inferior, fluye el mortero a través de una manguera. La consistencia del mortero debe ser fluida para facilitar su proyección. Existen dos posibilidades: la proyección manual y la automática.
En la proyección manual, se aplica un desencofrante en el molde y se realiza una primera pasada depositando el material mediante movimientos oscilantes. Una vez que el molde presenta una fina capa del material, se utiliza un rodillo helicoidal para que el mortero y las fibras se adapten a la forma del encofrado. La proyección continúa hasta alcanzar el espesor deseado y, finalmente, se emplea una llana sobre la superficie libre para lograr la uniformidad. Este método requiere una gran cantidad de mano de obra, pero ofrece resultados de alta calidad, especialmente cuando el operario cuenta con la experiencia adecuada. En España, este método de fabricación es el habitual.
La proyección automática se emplea en la fabricación de paneles rectangulares de formas simples y planas. Aunque es menos versátil que el método manual, también existen dos variantes: en una, se utiliza un cabezal de proyección móvil y en la otra, el molde se mueve. En ambos casos, se regula la velocidad de proyección para asegurar una distribución precisa del material. Para igualar el espesor de la pieza, se recurre a un sistema automático que pasa una llana, un rodillo u otra herramienta sobre la cara expuesta del material.
La principal ventaja de este método es su capacidad para lograr una mayor producción a un menor coste. Además, el sistema automatizado se ha mejorado mediante el uso de moldes con pequeños agujeros que evacúan el exceso de agua. Esto reduce la relación agua/cemento, aumenta la densidad del material y mejora sus propiedades mecánicas. Otra variante de este método consiste en aplicar una carga en la cara libre del material para que la mezcla se adapte con precisión a los diseños y patrones del molde.
Fabricación por premezclado
El método de premezclado consiste en combinar previamente el cemento, las fibras de vidrio, el agua, la arena, el plastificante y las adiciones antes de verter la mezcla en el molde. Hay que preparar el mortero de cemento y, luego, incorporar las fibras de vidrio. Para evitar que las fibras se enreden, se sumergen en aditivos que las lubrican y facilitan su dispersión en la matriz de mortero. Es esencial minimizar el tiempo de mezcla del mortero y de las fibras para prevenir la segregación y la pérdida de agua en la mezcla. Una vez mezclados los componentes, se vierte la pasta en los moldes. Después, se someten los moldes a una vibración externa para eliminar burbujas de aire y espacios vacíos. Si es necesario rellenar moldes con cavidades, es preferible inyectar GRC premezclado, aunque puede dañar las fibras e incluso introducir burbujas de aire.
Fabricación por premezclado y proyección
En los últimos años, ha surgido un método conocido como «sprayed premix». Las fibras de vidrio se integran durante la mezcla del mortero y, posteriormente, ambos componentes, ya mezclados, se proyectan en el molde. A pesar de que este método ofrece resultados similares a los de la proyección tradicional, la calidad de los elementos fabricados depende en menor medida de la destreza del operario. Además, la determinación del contenido de fibra se realiza en peso, lo que resulta más preciso que el método tradicional; se elimina la formación de burbujas en la mezcla y se simplifica la maquinaria de proyección.
Os dejo algún vídeo explicativo que espero os interese.
Referencias:
AA. VV. (2002). Hormigones de ejecución especial (seis tipos). Colegio de Ingenieros de Caminos, Madrid, 114 pp.
ACHE (2000). Monografía M-2. Manual de tecnología del hormigón reforzado con fibras de acero.
CALAVERA, J. et al. (2004). Ejecución y control de estructuras de hormigón. Intemac, Madrid, 937 pp.
GALABRU, P. (1964). Tratado de procedimientos generales de construcción. Obras de fábrica y metálicas. Editorial Reverté, Barcelona, 610 pp.
GÁLVEZ, J.C.; ALBERTI, M.G.; ENFEDAQUE, A.; PICAZO, A. (2019). Fundamentos de hormigón reforzado con fibras. García-Maroto Editores, 51 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2014). Fabricación, transporte y colocación del hormigón. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, 189 pp.
SERNA, P. (2007). Recientes ejemplos estructurales de aplicación de hormigón de fibras. Monografía sobre aplicaciones estructurales de hormigones con fibras, pp. 33-47.
Os presento el libro que he publicado sobre maquinaria y procedimientos de construcción. Se trata de una completa colección de 300 problemas resueltos, abarcando aspectos relacionados con la maquinaria, medios auxiliares y procedimientos de construcción. Su contenido se enfoca en la mecanización de las obras, costos, disponibilidad, fiabilidad y mantenimiento de equipos, estudio del trabajo, producción de maquinaria, sondeos y perforaciones, técnicas de mejora del terreno, control y abatimiento del nivel freático, movimiento de tierras, equipos de dragado, explosivos y voladuras, excavación de túneles, instalaciones de tratamiento de áridos, compactación de suelos, ejecución de firmes, maquinaria auxiliar como bombas, compresores o ventiladores, cables y equipos de elevación, cimentaciones y vaciados, encofrados y cimbras, fabricación y puesta en obra del hormigón, organización y planificación de obras.
Es un libro, por tanto, muy enfocado a los ámbitos de la ingeniería de la construcción, tanto en el ámbito de la edificación, de la minería o de la ingeniería civil. Además, se incluyen 27 nomogramas originales y 19 apéndices para apoyar tanto a estudiantes de ingeniería o arquitectura, como a profesionales que enfrentan desafíos similares en su práctica diaria en obra o proyecto. La colección se complementa con un listado de referencias bibliográficas que respaldan los aspectos teóricos y prácticos abordados en los problemas. Estos problemas son similares a los tratados durante las clases de resolución de casos prácticos en la asignatura de Procedimientos de Construcción del Grado en Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València (España). Por tanto, el libro resulta adecuado tanto para estudiantes de grado como para cursos de máster relacionados con la ingeniería civil y la edificación.
Sobre el autor:Víctor Yepes Piqueras. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático de Universidad del Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil de la Universitat Politècnica de València. Número 1 de su promoción, ha desarrollado su vida profesional en empresas constructoras, en el sector público y en el ámbito universitario. Ha sido director académico del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón (acreditado con el sello EUR-ACE®), investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y profesor visitante en la Pontificia Universidad Católica de Chile. Imparte docencia en asignaturas de grado y posgrado relacionadas con procedimientos de construcción y gestión de obras, calidad e innovación, modelos predictivos y optimización en la ingeniería. Sus líneas de investigación actuales se centran en la optimización multiobjetivo, la sostenibilidad y el análisis de ciclo de vida de puentes y estructuras de hormigón.
Figura 1. Marcos prefabricados en Vilaseca. Cortesía de ANDECE.
Un estudio realizado por investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), ofrece una alternativa más económica y sostenible para la construcción con marcos prefabricados de hormigón de infraestructuras de transporte, como túneles subterráneos, edificios y otras estructuras. Sus resultados han sido publicados en la revista Materials.
En su trabajo, enmarcado dentro del proyecto Hydelife, han desarrollado diferentes algoritmos cuya aplicación permite ahorros económicos de hasta un 24% en el coste final de la estructura, disminuyendo los costes asociados con la producción y el transporte de materiales.
Además, según las estimaciones que ha realizado el equipo del ICITECH-UPV, permitiría optimizar el uso de materiales en la estructura y reducir alrededor de un 30% de las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción.
“Pensemos una obra lineal donde tengamos, por ejemplo, 1000 metros de un túnel subterráneo que se pueda ejecutar con marcos prefabricados. Además del ahorro económico, en nuestro trabajo, estimamos que la reducción de 1 euro en el coste final de un marco de hormigón armado es equivalente a evitar la emisión de cerca de 2 kg de CO₂”, destaca Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.
Así, este estudio presenta una alternativa sostenible y eficiente en términos de recursos para los marcos tradicionales de hormigón armado in situ.
“Nuestro objetivo era ampliar el conocimiento sobre la tipología estructural de marcos prefabricados articulados de hormigón y su empleo como sustituto de los marcos tradicionales de hormigón armado colado in situ. Y los resultados que hemos obtenido constatan su enorme potencial para grandes infraestructuras. El estudio es de especial interés para ámbitos como la ingeniería civil y arquitectura y, sobre todo, para las empresas de prefabricados de hormigón”, concluye Víctor Yepes.
Acaban de publicarnos en la revista Journal of Building Engineering, que está en el primer decil del JCR, un artículo de revisión sobre el estado actual de los métodos modernos de construcción. Estos métodos, conocidos como “construcción inteligente“, son alternativas a la construcción tradicional. El gobierno del Reino Unido utilizó este término para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales se basan en tecnologías de construcción en fábrica. Este concepto abarca una amplia gama de tecnologías basadas en la fabricación modular, ya sea en el lugar de construcción o en otra ubicación, y está revolucionando la forma en que se construyen edificios de manera más rápida, rentable y eficiente. También se conoce comúnmente como construcción “off-site”. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El creciente interés por la sostenibilidad, las energías alternativas y los cambios en el estilo de vida debido a la pandemia ha impulsado la fabricación de edificaciones empleando los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC), especialmente en el ámbito residencial. Estos métodos, que utilizan tecnologías innovadoras como alternativa inteligente a la construcción tradicional, han sido objeto de un exhaustivo estudio que busca clasificarlos, detectar tendencias y vacíos de conocimiento, y delinear futuras áreas de investigación. El análisis, basado en 633 publicaciones desde 1975 hasta 2022, revela seis grupos temáticos y 18 subcategorías, empleando una novedosa metodología mixta que incorpora el análisis de procesamiento de lenguaje natural (NLP). Si bien se destaca la presencia dominante de herramientas y tecnologías integradas en la Construcción 4.0 y los aspectos de gestión de la industria, también se identifican importantes lagunas de investigación, como la necesidad de aplicar más los MMC en la rehabilitación de edificios y abordar enfoques para mejorar el entorno construido a través del nuevo paradigma del diseño regenerativo. Este estudio exhaustivo ofrece una comprensión más profunda y rigurosa del estado del arte en el campo de la construcción inteligente mediante un mapeo y caracterización de la estructura conceptual del corpus bibliográfico y una evaluación sistemática basada en revisión de literatura. El artículo sugiere que se necesita más investigación para comprender los sistemas de construcción interdependientes mediante el uso de gemelos digitales.
Aspectos destacables:
El estudio utiliza aprendizaje automático combinado con una revisión sistemática de la literatura.
Se propone una novedosa metodología mixta que incorpora análisis de procesamiento de lenguaje natural.
Se recomienda una clasificación recientemente revisada para todos los MMC aplicados en edificios.
La literatura sobre MMC se clasificó en seis grandes áreas con 18 subcategorías.
Los temas se identifican mediante análisis de bigrama y agrupamiento, además del conocimiento experto.
Podéis descargar el artículo gratuitamente al tratarse de una publicación en acceso abierto:
The concerns surrounding sustainability, alternative energies, and lifestyle changes due to the pandemic have resulted in a surge in the manufacturing of buildings utilizing Modern Methods of Construction (MMC), particularly in housing. These methods involve using new technologies as smart building alternatives to traditional construction. Against the backdrop of Industry 4.0, there is an urgent need for a systematic literature review of MMCs in building construction to classify them, detect trends and gaps, and outline future research areas. This study analyzed 633 publications from 1975 to 2022 and grouped them into six thematic clusters and 18 subcategories, using a novel mixed methodology incorporating natural language processing (NLP) analysis. The qualitative analysis of the literature indicates that research in the field is dominated by tools and technologies integrated into Construction 4.0 and the industry’s management aspects. However, this review also highlights several gaps in research, including the need for more application of MMC to building retrofitting and the need for approaches to improve the built environment through the new paradigm of regenerative design. The high-level mapping and characterization of the bibliographic corpus’s conceptual structure and the classical evaluation process based on systematic literature review (SLR) have provided a more profound and rigorous state-of-the-art understanding.
Keywords:
Modern methods of construction; Industrialized buildings; Emerging technologies; Construction industry; Machine learning; Systematic literature review
Figura 1. Pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.
Con el fin de evitar fisuras en el pavimento, las losas de hormigón se tesan para contrarrestar la tracción provocada por el tráfico, la retracción y los gradientes térmicos. El principio de diseño de un pavimento de hormigón pretensado consiste en comprimirlo mediante el tesado de cables de acero insertados en la losa de hormigón. El tesado puede ser unidireccional o bidireccional, siendo este último aconsejable para pavimentos industriales, en cuyo caso, se recomienda que el nivel de tensión sea similar en ambas direcciones.
De esta manera, el hormigón comprimido permite espesores de losa menores que los de los pavimentos de hormigón en masa o armado. Además, es posible diseñar grandes áreas sin juntas o con juntas que pasan desapercibidas debido a la compresión que el hormigón recibe. De esta forma, se pueden distanciar las juntas hasta 150 m y se reduce el espesor de la losa en un 50 % debido a la disminución de las tensiones. Para ello, se han ensayado diversos sistemas de pretensado, tanto internos —con cables o alambres (postesado)— como externos —con gatos planos hidráulicos y juntas neumáticas—. Las juntas utilizadas están especialmente diseñadas para soportar cambios máximos de apertura, pero en algunos sistemas los estribos están dispuestos para resistir el empuje horizontal.
Los pavimentos pretensados evitan las grietas de retracción y flexión, eliminan las juntas de contracción y reducen el mantenimiento. Además, minimizan el alabeo de las losas, ofrecen un comportamiento elástico al sobrecargarse y reducen los espesores, a la vez que mejoran la planeidad con el tiempo. Sin embargo, su construcción requiere más cuidado y personal más especializado, además de una mayor supervisión para garantizar la adecuada colocación y el tesado de los cables. En caso de que falle una zona, hay que sustituir toda el área construida de forma unitaria, por lo que resulta poco rentable en superficies pequeñas. La rentabilidad de los pavimentos pretensados requiere una longitud de pavimento superior a 100 m o cuando los suelos presentan características mediocres. Se pueden conseguir pavimentos de 10 000 m² sin juntas.
Los requisitos de la plataforma de apoyo o de la superficie de subrasante son similares a los de los pavimentos de hormigón convencionales. Sin embargo, dado que los pavimentos postesados son más finos, el sistema resulta más flexible y se generan mayores esfuerzos verticales en la base. Por lo tanto, la calidad y la resistencia de la base son aún más importantes en este tipo de pavimentos que en los convencionales. Por esta razón, normalmente se especifica que el módulo de reacción de la base o la constante de balasto no sea inferior a 54 MPa/m.
Generalmente, los cables se postesan y anclan después de que el hormigón haya alcanzado una resistencia suficiente para soportar la fuerza del anclaje. El postesado puede ser adherido o no. A pesar de lo anterior, el diseño de este tipo de pavimentos plantea algunas dificultades para la reparación en caso de daños. Además, el diseño de las juntas entre las áreas donde se realiza el postesado no es un asunto trivial. Normalmente, se recomienda que el espaciamiento entre los cables longitudinales sea de entre 2 y 4 veces el espesor de la losa y de entre 3 y 6 veces el espesor de la losa para los cables transversales.
Figura 2. Sección de un pavimento de hormigón pretensado
Durante los años 60, varios países europeos desarrollaron técnicas de construcción mediante el pretensado en carreteras. Sinembargo, la geometría de las carreteras provoca más dificultades que ventajas, sobretodo debido a la dificultad de introducir el pretensado. En España se experimentó en 1963 en el tramo de pruebas de la N-II, pero no se continuó con el uso de esta técnica. Después de unos años de intenso tráfico, se dejó descomprimir y se reforzó con mezclas bituminosas.
Figura 3. Hormigonado de un pavimento postesado. VSL Sistemas Especiales de Construcción Argentina S.A.
La tecnología del hormigón pretensado se emplea sobre todo en pistas de aeropuertos y zonas industriales, donde se pueden encontrar grandes superficies continuas y casi horizontales, sin curvas en planta ni en alzado, como en las carreteras. Esto permite un menor espesor de la losa y una organización distinta de la de conservación. La primera aplicación en un pavimento aeroportuario tuvo lugar en Francia, en la pista de Orly. Sin embargo, esta pista falló después de seis años en servicio debido a la rotura de los aceros pretensados por oxidación. Por otro lado, en el aeropuerto de Schiphol, en Ámsterdam, se construyeron más de 700 000 m² de pavimento pretensado durante 15 años, con excelentes resultados.
Una alternativa viable es la construcción de pavimentos con losas pretensadas prefabricadas. En algunos países, especialmente en regiones con condiciones ambientales adversas, como el norte de la antigua Unión Soviética, se ha adoptado el método de las losas prefabricadas para evitar la complejidad de la colada «in situ» y los posibles errores asociados. De este modo, se logra industrializar el proceso, asegurar la calidad y reducir los plazos de obra. Además, esta técnica permite trabajar en cualquier época del año, incluso en condiciones de bajas temperaturas, donde no es posible utilizar hormigón o mezcla bituminosa debido a su enfriamiento instantáneo.
Figura 4. Losas prefabricadas pretensadas para pavimentos. https://www.concrete.org/portals/0/wp-content/uploads/pdf/webinars/ws_2021_Snyder_Precast.pdf
Existen dos tipos de losas prefabricadas: las que tienen un pretensado longitudinal y transversal y las que solo tienen un pretensado longitudinal. Las dimensiones de las primeras pueden alcanzar los 3,50 m x 6,00 o 7,00 m. Para el pretensado se emplea acero de 3 a 5 mm en dos capas cercanas a cada cara. Los cantos resultantes varían de 14 a 22 cm y se requieren entre 2 y 3 MPa de tensión inicial. El tamaño está limitado por el peso para el traslado y la colocación posteriores. Por otro lado, las losas pretensadas axialmente son más sencillas y tienen menores dimensiones: 1,75 o 2,00 m x 6,00 o 7,00 m. En este caso, se opta por un acero de mayor diámetro (14 a 16 mm) y un refuerzo transversal con armadura de barras de 5 a 7 mm. Además, los bordes llevan un armado suplementario.
En las losas se dejan abrazaderas para unirlas mediante soldadura in situ. Las juntas se rellenan dos tercios con un mortero pobre de arena y se sellan con un mástico anticarburante. Cada dos o tres, se dejan libres para permitir la dilatación, lo cual depende de la gama de temperaturas ambiente. Las bases en este tipo de pavimento son las tradicionales de los pavimentos rígidos, aunque se recomienda tratarlas con cemento. A veces, se extiende una capa de 3 a 6 cm de arena y cemento para asegurar una mejor superficie de apoyo, según el tipo de base empleado.
Os dejo un artículo sobre pavimentos prefabricados de hormigón.
CALO, D.; SOUZA, E.; MARCOLINI, E. (2015). Manual de diseño y construcción de pavimentos de hormigón. Instituto del Cemento Portland Argentino (ICPA).
IECA (2012). Firmes de hormigón en carreteras. Guías técnicas. Firmes y explanadas.
KRAEMER, C. (1965) Pavimentos de hormigón normal y pretensado. Experiencia española en el tramo de ensayo. Publicación n.º 18 del Laboratorio de Transporte y Mecánica del Suelo. Centro de Estudios y Experimentación de Obras Públicas (CEDEX). Madrid
KRAEMER, C.; PARDILLO, J.M.; ROCCI, S.; ROMANA, M.G.; SÁNCHEZ, V.; DEL VAL, M.A. (2010). Ingeniería de carreteras II. McGraw-Hill, Madrid.
RECUENCO, E. (2014). Firmes y pavimentos de carreteras y otras infraestructuras. Garceta grupo editorial, Colección Escuelas, Madrid.
En mi blog personal, suelo destacar los logros personales de los miembros de nuestro grupo de investigación, compuesto por profesores e investigadores jóvenes de varios países, cuya sede es el ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón) de la Universitat Politècnica de València. Sin embargo, estos logros a menudo pasan desapercibidos debido a la falta de una vía de comunicación propia.
Desde 2006, nuestro grupo ha centrado sus investigaciones en la optimización multiobjetivo y la toma de decisiones multicriterio para garantizar la sostenibilidad económica, social y medioambiental a lo largo del ciclo de vida de los puentes y las infraestructuras. Hasta la fecha, hemos publicado unos 150 artículos científicos indexados en el JCR y presentado numerosas comunicaciones en congresos nacionales e internacionales. Ya se han leído 15 tesis doctorales y, en este momento, otras 10 se encuentran en marcha.
No obstante, consideramos crucial aumentar la visibilidad de nuestro trabajo para acercarlo a la sociedad. De esta manera, esperamos que nuestra investigación contribuya a la construcción de infraestructuras más sostenibles y eficientes en el futuro.
Como podréis observar, hemos diseñado un logotipo para identificar nuestro trabajo. El diseño sigue el estilo institucional de los grupos de investigación de nuestra universidad. En la parte inferior, en rojo destacado, aparece el acrónimo de la UPV, mientras que encima figuran dos palabras que consideramos fundamentales: “CONSTRUCTION” y “OPTIMIZATION”. Las hemos escrito en inglés porque queremos comunicar nuestro trabajo a nivel internacional.
La primera de ellas señala que nuestro objeto de investigación no se limita a las estructuras de hormigón o a los puentes, sino que abarca un amplio espectro de infraestructuras, como edificios, carreteras, ferrocarriles, puertos y presas, entre otros. Además, la palabra “optimización” resume la base y los inicios de nuestro grupo, ya que buscamos mejorar la sostenibilidad integral de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida.
Sin lugar a dudas, lo más complicado para nosotros ha sido crear una silueta que capture, a modo de paraguas, el núcleo central de nuestro mensaje. Hemos creado un arco que simboliza un puente y también tiene la intención de representar una cúpula de un edificio, un tramo de carretera o una sección de una presa bóveda. En resumen, hemos buscado un diseño que sea fácil de comprender y que simbolice el trabajo que llevamos a cabo en nuestro grupo.
Pues bien, podéis encontrar toda la información que vaya generando el grupo en las siguientes redes de comunicación. Os invito a que las sigáis para estar al tanto de lo que está ocurriendo en la punta de lanza del conocimiento en el ámbito de la ingeniería de la construcción.
Figura 1. Edificio Media-TIC. Enric Ruiz Geli. El Poblenou, Barcelona. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edificio_Media-TIC._Enric_Ruiz_Geli.jpg
La construcción y gestión de infraestructuras constituyen un sector económico clave, tanto por sí mismo como por su papel fundamental en el soporte de la actividad social. Sin embargo, la creciente conciencia de la necesidad de construir de manera sostenible ha impulsado la puesta en marcha de nuevas tecnologías y materiales. Entre las tecnologías clave para hacer más sostenibles las infraestructuras se encuentran el uso de materiales de construcción ecológicos y sostenibles, la adopción de energías renovables, como paneles solares y aerogeneradores, la iluminación LED, los sistemas urbanos de drenaje sostenible, los materiales de aislamiento térmico y los sistemas de sensorización y automatización. El empleo de estos materiales y tecnologías puede ayudar a reducir la huella de carbono de las infraestructuras, disminuir el consumo de energía y de recursos no renovables, generar ahorros económicos y mejorar la calidad del agua. Además, estas opciones pueden favorecer la eficiencia de la infraestructura y la calidad de vida de los usuarios. Pero es claramente insuficiente.
El paradigma de la sostenibilidad está en crisis. Ya no se considera suficiente la reducción de los impactos ambientales asociados a la actividad humana, sino que también deben contemplarse los aspectos económicos y sociales. Alcanzar este equilibrio resulta complejo, pues a veces la sostenibilidad ambiental no es compatible con la social ni con la económica. No obstante, el reto es claro: preservar los recursos naturales, el patrimonio, la cultura, el equilibrio social, los ecosistemas y muchos otros aspectos para las generaciones futuras.
Por tanto, el paradigma actual se cuestiona cuando el antiguo canon de “reciclar, reducir y reutilizar” ya no es suficiente y debe ser reemplazado por otro que consiste en “restaurar, renovar y reponer”. Este enfoque representa un nuevo paradigma para mejorar el entorno construido: el Diseño Regenerativo, también conocido como “regenerative design” en inglés. En la actualidad, reducir los impactos ambientales resulta insuficiente ante la aceleración del cambio, por lo que es necesario adoptar un enfoque de diseño regenerativo que genere impactos positivos a lo largo de todo el ciclo de vida de una infraestructura.
El diseño regenerativo implica la restauración de los ecosistemas y fomenta el desarrollo de los ecosistemas naturales y humanos. Para lograrlo, se requiere un cambio de pensamiento y de diseño, con un enfoque holístico e integrado. Además, este nuevo paradigma exige incorporar un alto nivel de conocimientos científicos que no se encuentran en el diseño convencional. No podemos ignorar la herencia de etapas anteriores, pero los proyectistas y los encargados de tomar decisiones necesitan ampliar sus horizontes. El nuevo desafío requiere un profundo conocimiento de diversas áreas y, en algunos casos, la colaboración de varios especialistas, así como herramientas apropiadas, nuevos métodos de investigación, pautas y estrategias de diseño.
Figura 2. Ciudad del Puerto de Malmö. Autor: Jorge Franganillo https://www.flickr.com/photos/franganillo/43494905904
Los Métodos Modernos de Construcción (Modern Methods of Construction, en inglés) se refieren a un enfoque que emplea tecnologías y procesos innovadores para mejorar la eficiencia y la calidad de la construcción. Incluyen la prefabricación de componentes en una fábrica, el uso de materiales más ligeros y resistentes y la adopción de técnicas constructivas más rápidas y precisas. Estos nuevos procedimientos se relacionan con el diseño regenerativo, pues ambos buscan promover prácticas más sostenibles y responsables con el medio ambiente. Este enfoque se basa en la comprensión de que los edificios y la infraestructura pueden tener un impacto positivo al proporcionar servicios ecosistémicos como la purificación del aire y del agua, la protección contra inundaciones y la mitigación del cambio climático.
Por tanto, estamos ante un cambio de paradigma, ya que los métodos modernos de construcción pueden ser herramientas valiosas para el diseño regenerativo. Al emplear materiales más sostenibles, reducir los residuos de construcción y disminuir la huella de carbono, estos nuevos métodos pueden contribuir a crear edificios y comunidades más sostenibles y eficientes. Además, pueden contribuir a la construcción de infraestructuras que promuevan la regeneración del medio ambiente y la salud de la comunidad.
La investigación y la innovación en este ámbito están siendo punteras en España, tanto en las universidades como en los institutos tecnológicos y en las empresas. En el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València, el grupo de investigación que dirijo se enfoca en promover la sostenibilidad de las infraestructuras en todas las etapas de su ciclo de vida, desde el diseño hasta la demolición, mediante técnicas de optimización heurística multiobjetivo, toma de decisiones y análisis del ciclo de vida social y ambiental.
Figura 3. Puente de la Gran Belt, Dinamarca. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GreatBeltBridgeTRJ1-edit.JPG
Me complace anunciar que he sido invitado a impartir una ponencia en CEVISAMA, titulada “Nuevas técnicas para reducir costos y mejorar la sostenibilidad de los elementos constructivos”, que tendrá lugar el jueves 2 de marzo de 2023 a las 10:00 h. Esta ponencia se llevará a cabo en el Foro Cevisama Build, en el Nivel 3 del Pabellón 1 de Feria Valencia, que acogerá a numerosos profesionales y empresas del sector de la construcción sostenible y de la bioconstrucción. El programa completo del evento se puede encontrar en el siguiente enlace: https://cevisama.feriavalencia.com/actividades/programa-completo/.
Durante mi intervención, repasaré los principales logros que ha alcanzado nuestro grupo de investigación en los últimos 15 años y destacaré las posibilidades que tienen las empresas para incorporar las nuevas tecnologías y reducir los costos de producción, a la vez que mejoran la sostenibilidad de sus productos, especialmente en el sector de la construcción.
Cevisama 2023 reunirá a marcas insignia del sector cerámico, del baño y de la piedra natural, y contará con novedades como “Cevisama Tech”, un área exclusiva que mostrará las últimas soluciones en innovación y tecnología aplicadas a la industria cerámica.
En su última edición, celebrada en 2020, Cevisama reunió a más de 800 firmas y marcas y recibió la visita de 90.000 profesionales, de los cuales más de 21.000 fueron visitantes extranjeros.
Acaban de publicarnos un artículo en Materials, revista indexada en el primer cuartil del JCR. En este caso, se ha realizado un estudio paramétrico sobre un marco prefabricado, articulado y de sección en U, empleando tres metaheurísticas híbridas. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
En este artículo se aborda un estudio sobre las estructuras articuladas modulares viarias de coste óptimo. Se evalúa el rendimiento de tres metaheurísticas híbridas mediante un diseño factorial fraccionado de experimentos. Los resultados permiten seleccionar y calibrar el recocido simulado híbrido para resolver el problema de optimización combinatoria. Variando la luz horizontal de 8 a 16 m y la cobertura de tierra de 1 a 5 m, se estudian 25 configuraciones estructurales diferentes. La metodología calibrada se aplica para obtener nueve pórticos distintos, con costes óptimos para cada configuración. El estudio de las características económicas, medioambientales y geométricas de las 225 estructuras óptimas permite realizar un análisis de regresión. Con R2 cercanos a la unidad, las expresiones constituyen una valiosa herramienta para calcular el coste final, las emisiones asociadas, la energía incorporada y las características geométricas particulares. Las estructuras óptimas presentan diseños esbeltos y densamente reforzados. Además, algunas estructuras muestran reducciones considerables del refuerzo a cortante, lo cual se soluciona mediante aumentos localizados del refuerzo longitudinal.
Marco articulado. https://bortubo.com/marcos-prefabricados-de-hormigon-armado-junta-plana-y-articulados/
Abstract:
This paper addresses a study of cost-optimal road modular hinged frames. The performance of three hybrid metaheuristics is assessed through a fractional factorial design of experiments. The results allow selecting and calibrating the hybrid simulated annealing to solve the combinatorial optimization problem. By varying the horizontal span from 8 to 16 meters and the earth cover from 1 to 5 meters, 25 different structural configurations are studied. The calibrated methodology is applied to obtain nine different frames with optimal costs for each configuration. The study of the economic, environmental, and geometric characteristics of the 225 optimal structures enables the development of a regression analysis. With R2 correlation coefficients close to 1, the expressions provide a valuable tool for calculating final cost, associated emissions, embodied energy, and specific geometric characteristics. The optimal structures feature slender, densely reinforced designs. In addition, some structures show considerable reductions in the shear reinforcement, something solved by localized increases in longitudinal reinforcement.
Acaban de publicarnos un artículo en Structures, revista indexada en el JCR. El trabajo lleva a cabo un análisis exhaustivo de 127 artículos para identificar las tendencias predominantes y las brechas actuales en la investigación sobre edificios prefabricados de hormigón (PCB) resistentes a los terremotos. Estos edificios ofrecen ventajas como la rapidez de construcción, la mejora de la durabilidad y la reducción de la mano de obra, pero es necesario estudiar las conexiones entre los elementos prefabricados para garantizar su resistencia sísmica.
