De izquierda a derecha: Ignacio Navarro, Rasmus Rampling, Mehrdad Hadizadeh, Salvador Ivorra, Tatiana García y Víctor Yepes
Hoy, 12 de febrero de 2025, ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Mehrdad Hadizadeh Bazaz, titulada “Inclusion of damage detection methods for the sustainable life cycle design of bridges in aggressive environments”, dirigida por los profesores Víctor Yepes Piqueras e Ignacio J. Navarro Martínez. La tesis recibió la calificación de sobresaliente «cum laude». A continuación, presentamos un pequeño resumen de la misma.
Resumen:
Para prevenir colapsos inesperados que pueden generar pérdidas económicas y humanas significativas, es esencial controlar la salud de cada estructura e infraestructura a lo largo de su ciclo de vida, que abarca desde su construcción y mantenimiento hasta su eventual retiro.
Sin embargo, las actividades de construcción, reparación y mantenimiento también pueden afectar al medio ambiente y a la sociedad. Por ello, el uso de técnicas modernas de detección de daños, que integren la evaluación sostenible del ciclo de vida y el análisis de los costes totales de mantenimiento, resulta fundamental para realizar reparaciones oportunas y minimizar el impacto negativo.
El concepto de sostenibilidad ha evolucionado desde su definición por primera vez por la Comisión Brundtland en 1987. Desde entonces, la comunidad científica ha desarrollado principios, métodos y criterios para el diseño sostenible, pero muchos de estos enfoques no son viables a largo plazo. En respuesta, las Naciones Unidas han establecido los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) para 2030.
En este contexto, es crucial adoptar una estrategia de ciclo de vida sostenible para las estructuras de hormigón que optimice costes y minimice el impacto ambiental y social en todas sus etapas, desde la construcción hasta el final de su vida útil. Los avances en tecnología informática y el desarrollo de sensores sofisticados han permitido implantar métodos de prueba no destructiva (NDT) para controlar y mantener de manera eficiente infraestructuras críticas, como puentes, y reducir así el riesgo de pérdidas económicas y humanas.
Esta tesis analiza la aplicación de diversas técnicas no destructivas para identificar daños estructurales y evalúa su impacto en la sostenibilidad. En este trabajo de investigación se evaluó el rendimiento de métodos no destructivos, como la función de respuesta en frecuencia (FRF) y la densidad espectral de potencia (PSD), para la detección y localización de daños estructurales. En particular, se analizó la capacidad de la PSD para predecir distintos tipos de daños en estructuras expuestas a la corrosión por iones de cloruro, como puentes de hormigón ubicados en entornos agresivos.
Posteriormente, se examinó la eficacia de este método de predicción en la evaluación del ciclo de vida sostenible, teniendo en cuenta su impacto ambiental, social y económico. Además, se analizaron los costes asociados a su aplicación en distintas fases de la vida útil de un puente de hormigón tipo cajón en Arosa, al noroeste de España.
Los resultados de esta tesis demuestran que la integración del método PSD en el mantenimiento preventivo durante el ciclo de vida de puentes de hormigón mejora significativamente su sostenibilidad. Los hallazgos confirman que la PSD permite detectar, localizar y predecir daños de manera eficiente, lo que optimiza la gestión a largo plazo de infraestructuras propensas a la corrosión. El análisis integral, que incorpora la evaluación del ciclo de vida y la toma de decisiones multicriterio, demuestra que la aplicación de la PSD reduce el impacto ambiental, minimiza los costes y mejora la sostenibilidad global de los puentes de hormigón. Además, este enfoque proporciona un marco adaptable a diversas infraestructuras y facilita el cumplimiento de objetivos de sostenibilidad a gran escala.
Acaban de publicar nuestro artículo en la revista del primer decil del JCR Mathematics. El artículo presenta un método innovador para optimizar el diseño de puentes mixtos de acero y hormigón mediante un enfoque basado en la teoría de juegos. Este enfoque integra criterios de sostenibilidad económica, ambiental y social con la simplicidad constructiva, abordando de manera simultánea múltiples objetivos que suelen ser conflictivos en proyectos de infraestructura. La principal contribución radica en la aplicación de un método de optimización multiobjetivo (MOO) que permite equilibrar los tres pilares de la sostenibilidad, empleando el Análisis del Ciclo de Vida (LCA) para evaluar el impacto durante todo el ciclo de vida del puente, desde su fabricación hasta su desmantelamiento.
Destaca la implementación de una versión discreta del algoritmo Seno-Coseno (SCA), adaptada específicamente para resolver problemas de diseño estructural. Esta metodología no solo garantiza un diseño eficiente en términos de coste y sostenibilidad, sino que también proporciona una solución práctica que facilita la construcción al reducir los refuerzos en las losas superiores y realizar ajustes geométricos estratégicos. Este enfoque supone un avance en el campo de la ingeniería civil, ya que combina técnicas matemáticas avanzadas con consideraciones prácticas del sector. Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
La metodología descrita combina la teoría de juegos con un enfoque cooperativo, en el que los diferentes objetivos (coste, impacto ambiental, impacto social y facilidad constructiva) se representan como «jugadores». Estos jugadores colaboran para encontrar soluciones óptimas dentro del conjunto de soluciones Pareto-óptimas, utilizando el concepto de equilibrio de Nash y reglas de negociación.
El algoritmo Seno-Coseno (SCA) modificado desempeña un papel fundamental en este proceso, ya que permite gestionar variables discretas y restricciones estructurales mediante funciones de transferencia en forma de tangente hiperbólica. Además, se emplea la teoría de la entropía para asignar pesos objetivos, lo que asegura un equilibrio justo entre los criterios y minimiza la subjetividad en la toma de decisiones.
Los resultados muestran que la metodología basada en la teoría de juegos permite reducir el refuerzo de las losas superiores del puente y optimizar el uso de materiales sin comprometer la resistencia estructural. En comparación con un enfoque de optimización monoobjetivo centrado exclusivamente en costes, el método propuesto aumenta los costes en un 8,2 %, pero mejora sustancialmente los impactos ambientales y sociales asociados al diseño.
El estudio revela que, mediante la redistribución del material estructural, es posible mantener la rigidez necesaria en las secciones transversales del puente. En concreto, se observa un aumento en el uso de acero estructural en lugar de acero de refuerzo, lo que simplifica la construcción al reducir la cantidad de barras necesarias y, por ende, el tiempo de instalación y vibrado del hormigón. Este cambio también contribuye a mejorar la calidad del producto final, ya que reduce los errores constructivos y optimiza el tiempo de ejecución.
El análisis demuestra que las soluciones obtenidas mediante métricas de distancia Minkowski (L1, L2 y L∞) proporcionan diseños equilibrados que logran compromisos efectivos entre coste, sostenibilidad y facilidad constructiva. Estas soluciones son comparables a estudios previos en términos de costes, pero ofrecen beneficios adicionales al incluir una evaluación más integral de los impactos sociales y ambientales.
El enfoque presentado abre la puerta a diversas áreas de investigación. Una línea de investigación prometedora es la aplicación de algoritmos híbridos que combinen la teoría de juegos con otras metaheurísticas, como redes neuronales o algoritmos genéticos, para mejorar la exploración y explotación del espacio de soluciones. Esto podría reducir el tiempo de computación y permitir su aplicación a problemas más complejos.
Otra posible dirección de investigación sería ampliar el modelo para incluir criterios como la resiliencia ante desastres naturales o la evaluación de riesgos a largo plazo. También se podría explorar la incorporación de nuevos indicadores sociales, como el impacto en las comunidades locales durante la construcción y operación del puente, lo que ampliaría la evaluación de sostenibilidad. Asimismo, sería interesante aplicar esta metodología a otros tipos de estructuras, como edificios o infraestructuras de transporte masivo, para evaluar su viabilidad y adaptar el enfoque a diferentes contextos.
En definitiva, el artículo proporciona una herramienta muy valiosa para abordar los desafíos de sostenibilidad y eficiencia en el diseño de infraestructuras civiles. La combinación de la teoría de juegos y la optimización multiobjetivo es efectiva para equilibrar criterios complejos y conflictivos, y ofrece soluciones prácticas, sostenibles y viables desde el punto de vista económico y constructivo. Aunque computacionalmente intensivo, este enfoque establece una base sólida para futuras investigaciones y aplicaciones en el campo de la ingeniería civil, lo que permite avanzar en la evaluación integral de la sostenibilidad y en la mejora de los procesos de diseño estructural.
La norma ISO 15686-5 proporciona un marco completo para planificar la vida útil de los edificios y construcciones, y para calcular su coste total a lo largo de su vida útil. Establece los principios rectores, las definiciones y las instrucciones necesarias para realizar predicciones coherentes del CCV y evaluaciones del rendimiento a lo largo de la vida útil del activo.
La versión actual de 2017 se centra en establecer directrices claras y detalladas para llevar a cabo análisis de costes del ciclo de vida (LCC, por sus siglas en inglés). Este enfoque permite evaluar de manera sistemática los costes asociados a un activo desde su adquisición hasta su disposición final. Además, la norma contempla la posibilidad de incluir ingresos generados y externalidades que puedan influir en la evaluación económica. Al promover la utilización de metodologías estandarizadas, se garantiza la coherencia de los resultados y se establece una base sólida para la toma de decisiones fundamentadas.
La norma también hace hincapié en la utilidad del LCC para comparar diferentes alternativas de diseño y construcción, y permite a los gestores identificar opciones que optimicen tanto los costes iniciales como los recurrentes a lo largo del tiempo. Las metodologías propuestas son aplicables a nivel de cartera, proyectos específicos o componentes individuales, dependiendo del alcance definido.
Alcance y objetivos de la norma
La norma establece los requisitos para identificar y evaluar todos los costes relevantes a lo largo del ciclo de vida de un activo construido. Esto incluye desde los costes iniciales de adquisición hasta los relacionados con la operación, el mantenimiento, la sustitución de componentes y la disposición final. Además, abarca los siguientes aspectos:
Consideración de variables económicas, como tasas de descuento, inflación y fluctuaciones en los precios.
Evaluación de la sostenibilidad económica y ambiental mediante la inclusión de externalidades.
Provisión de un marco que facilite la comparación de alternativas en términos de coste total y rendimiento a largo plazo.
La norma es particularmente útil en contextos donde los periodos de análisis pueden extenderse por décadas, como en edificios públicos o activos con vidas útiles prolongadas.
Principios fundamentales del LCC
El análisis del ciclo de vida tiene como objetivo proporcionar una evaluación detallada y cuantitativa de los costes asociados a un activo construido para apoyar la toma de decisiones estratégicas en cada etapa del proyecto. Algunos de los principios clave son los siguientes:
Identificación integral de costes: El LCC tiene en cuenta todos los costes relevantes, tanto directos como indirectos y externalidades, para garantizar que no se pasen por alto factores críticos.
Proyecciones realistas: Se incorporan tasas de descuento, inflación y cambios previstos en las tecnologías para obtener estimaciones precisas y adaptadas al contexto.
Flexibilidad en el alcance: Permite adaptarse a diferentes niveles de análisis, desde el global hasta el nivel de componentes individuales.
Apoyo en la toma de decisiones: Proporciona datos útiles para comparar alternativas y seleccionar opciones que maximicen el rendimiento económico y funcional.
Detalle de las variables de coste
La norma especifica que el análisis LCC debe abordar una amplia gama de costes, agrupados en las siguientes categorías:
Costes de adquisición: Incluyen los gastos iniciales asociados con la compra, el diseño, la adaptación, las aprobaciones regulatorias, la construcción y la puesta en marcha. Estos costes suelen representar la mayor parte de la inversión inicial.
Costes operativos: Gastos recurrentes relacionados con la administración, los seguros, la energía, los servicios públicos y las tasas. Representan un componente significativo a lo largo de la vida útil del activo.
Costes de mantenimiento: Comprenden actividades preventivas, correctivas y diferidas, así como inspecciones periódicas. Estos costes son esenciales para garantizar el funcionamiento del activo conforme a los requisitos establecidos.
Costes de reemplazo: Relacionados con la sustitución de componentes o sistemas importantes. Estos costes pueden variar significativamente según el tipo de activo y las condiciones de operación.
Costes de eliminación: Incluyen demoliciones, reciclaje, reutilización de materiales y eliminación de desechos. Este componente también puede generar ingresos por la venta de materiales recuperables.
Aplicación práctica del LCC
La norma describe cómo el LCC puede integrarse en diversas etapas del ciclo de vida del proyecto:
Planificación inicial: en esta fase se llevan a cabo evaluaciones estratégicas para determinar la viabilidad de diferentes opciones de adquisición o desarrollo de activos. Se tienen en cuenta factores como la duración prevista de uso y los requisitos del cliente.
Diseño y construcción: durante esta etapa, el LCC ayuda a seleccionar materiales, tecnologías y diseños que optimicen los costes futuros. Hasta el 80 % de los costes de operación y mantenimiento pueden definirse en esta fase.
Operación y mantenimiento: el análisis LCC permite gestionar de manera eficiente los recursos y planificar el mantenimiento necesario para prolongar la vida útil del activo.
Disposición final: se evalúan los costes e ingresos asociados al final de la vida útil del activo, incluyendo el reciclaje o la reutilización de componentes.
Metodologías recomendadas
La metodología descrita en la norma ISO 15686-5 hace hincapié en un enfoque sistemático para la asignación de recursos, centrándose en su uso eficiente para alcanzar los objetivos de la organización. Este marco ayuda a evaluar los distintos procesos de asignación empleados por diversas organizaciones y facilita debates estructurados sobre cuestiones relacionadas con los recursos. La naturaleza iterativa del proceso permite la mejora continua y permite a los responsables de la toma de decisiones reevaluar sus estrategias en función de los datos y resultados que vayan surgiendo.
Para abordar las incertidumbres inherentes al análisis a largo plazo, la norma recomienda técnicas como:
Análisis de sensibilidad: Permite evaluar cómo los cambios en variables clave afectan los resultados.
Método Monte Carlo: Simula diferentes escenarios para estimar rangos de coste probables.
Valor actual neto (VAN): Proporciona una base para comparar los costes futuros en términos de su valor actual.
Beneficios del LCC en la toma de decisiones
El cálculo del coste del ciclo de vida (CCV) proporciona una evaluación económica sistemática de los costes de un activo a lo largo de todo su ciclo de vida, que abarca las fases de adquisición, explotación y eliminación. Esta metodología facilita la toma de decisiones informadas, ya que permite a las partes interesadas comprender no solo los costes de transacción iniciales, sino también las implicaciones financieras más amplias asociadas al activo a lo largo del tiempo, incluidos los costes y beneficios externos derivados de su uso.
La aplicación del cálculo del coste del ciclo de vida puede reportar importantes beneficios económicos. Las investigaciones indican que las organizaciones que utilizan normas para el análisis del CCV han obtenido ganancias valoradas entre el 0,15 % y el 5 % de los ingresos anuales por ventas. Estos ahorros se deben a una mejor asignación de recursos y a una mayor eficiencia operativa que surgen de la adopción de decisiones de inversión informadas. Por ejemplo, la identificación de externalidades potenciales, tanto positivas como negativas, puede dar lugar a un enfoque más holístico de la planificación financiera y la gestión de activos, lo que mejora en última instancia los resultados de la organización.
El uso del LCC aporta claridad y respaldo cuantitativo en la selección de alternativas. Esto es particularmente relevante en decisiones de inversión, donde el equilibrio entre costes iniciales y operativos es fundamental. Además, este enfoque fomenta la adopción de estrategias sostenibles al permitir una evaluación integral de los impactos económicos y ambientales.
Conclusión
La norma ISO 15686-5:2017 es una herramienta esencial para optimizar la gestión económica de los activos construidos. Al abordar con detalle todos los costes asociados y proporcionar metodologías claras para su análisis, esta norma permite una gestión más eficiente, sostenible y alineada con los objetivos a largo plazo. Su aplicación garantiza que cada etapa del ciclo de vida de un activo se considere y gestione de manera óptima.
Referencias:
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Navarro, I. J., Martí, J. V., & Yepes, V. (2019). Reliability-based maintenance optimization of corrosion preventive designs under a life cycle perspective. Environmental Impact Assessment Review, 74, 23-34.
Pons, J. J., Villalba Sanchis, I., Insa Franco, R., & Yepes, V. (2020). Life cycle assessment of railway track substructures: Comparison of ballast and ballastless rail tracks. Environmental Impact Assessment Review, 85, 106444.
Teichmann, M., Szeligova, N., & Kuda, F. (2019). Evaluation of operating costs in the life cycle of buildings. In Advances and Trends in Engineering Sciences and Technologies III (pp. 629-635). CRC Press.
Villalba, P., Sánchez-Garrido, A., & Yepes, V. (2024). Life cycle evaluation of seismic retrofit alternatives for reinforced concrete columns. Journal of Cleaner Production, 455, 142290.
Xie, H., Cui, Q., & Li, Y. (2022). Net Present Value Method: A Method Recommended by ISO 15686-5 for Economic Evaluation of Building Life Cycle Costs. World Journal of Engineering and Technology, 10(2), 224-229.
De Siocaw – Trabajo propio, Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3782634
El turismo es un pilar económico esencial para España, ya que representa el 12,8 % del Producto Interior Bruto (PNB) y el 12,6 % del empleo directo en 2023. Entre las distintas formas de turismo, el modelo de «sol y playa» ocupa un lugar privilegiado gracias a las condiciones climáticas favorables y a la riqueza natural de sus costas. En este contexto, la Comunidad Valenciana se posiciona como una de las principales zonas receptoras de turistas nacionales e internacionales gracias a sus playas, que constituyen un recurso tanto económico como medioambiental.
Sin embargo, este modelo de desarrollo se enfrenta a importantes desafíos. La erosión costera, la presión urbanística y la sobreexplotación de los recursos están poniendo en riesgo la sostenibilidad de las playas, que constituyen el núcleo de la oferta turística de la región. Este informe, basado en el análisis de Yepes y Medina (2005), profundiza en los modelos turísticos, identifica las causas principales de la erosión costera y propone soluciones para garantizar el equilibrio entre el desarrollo económico y la conservación ambiental. Aunque este artículo tiene 20 años, algunos datos deberían actualizarse; su contenido sigue siendo plenamente vigente. No obstante, algunas de las conclusiones del estudio pueden sorprender a quienes no conocen este sector. Por tanto, recomiendo leer el artículo completo para comprenderlo mejor.
El turismo como motor económico
España es uno de los destinos turísticos más visitados del mundo, compitiendo con Estados Unidos y Francia, que en 2004 recibieron 85,7 millones de turistas extranjeros y generaron 37 250 millones de euros, lo que convierte al turismo en un sector clave para la economía nacional, ya que cubre más de la mitad del déficit comercial. En este contexto, la Comunidad Valenciana destaca por su litoral de 454 km y su clima privilegiado, con 4,9 millones de turistas internacionales y 15,9 millones de viajeros nacionales en 2004, que sumaron más de 151 millones de pernoctaciones, gracias a sus playas, sus 3000 horas de sol anuales y las temperaturas del agua, entre 13 °C y 29 °C.
Modelos de desarrollo turístico
El desarrollo turístico de las zonas litorales de la Comunidad Valenciana puede dividirse en dos modelos principales: intensivo y extensivo. Ambos presentan características distintivas que inciden en su impacto económico, medioambiental y social.
El modelo intensivo se caracteriza por estancias cortas en hoteles o apartamentos de alquiler, en áreas con alta densidad urbana y elevados niveles de gasto diario. Benidorm es un ejemplo destacado por su rentabilidad y sostenibilidad. Entre sus principales ventajas se encuentran una alta productividad económica, con ingresos de hasta 12 000 €/m², un menor consumo de recursos como agua, energía y suelo por turista, y la capacidad de operar durante todo el año, lo que reduce significativamente la estacionalidad.
El modelo extensivo se basa en estancias prolongadas en segundas residencias, con baja densidad urbana y un gasto diario reducido. Torrevieja es un ejemplo destacado por su predominio de viviendas vacacionales. Entre sus principales desventajas se encuentran un uso ineficiente de recursos, ya que se requiere hasta catorce veces más suelo por turista que en el modelo intensivo, altos costes de los servicios públicos debido a la dispersión geográfica y a la baja densidad poblacional, así como una capacidad limitada para generar empleo y dinamismo económico local.
El análisis de Yepes y Medina demuestra que los modelos intensivos son superiores desde las perspectivas económica y medioambiental. Por ejemplo, un turista en un modelo intensivo consume cuatro veces menos agua y requiere un 93 % menos de superficie que un turista en un modelo extensivo. Además, los gastos diarios del modelo intensivo son un 60 % más altos, lo que contribuye a dinamizar el sector de servicios y a crear empleo.
Erosión costera: una amenaza crítica
La erosión costera es uno de los mayores desafíos para el turismo y la sostenibilidad ambiental en la Comunidad Valenciana, donde se ha perdido arena a un ritmo de 3 millones de m³ al año desde la década de 1950, lo que supone la pérdida de 200 000 m² de playas cada año y afecta al 58 % de sus 178 km de playas arenosas. Entre sus principales causas se incluyen la construcción de represas, como los 187 embalses del río Ebro, que han reducido casi por completo su aporte de sedimentos, antes de 15 millones de m³ anuales; las barreras costeras, como espigones y rompeolas en los puertos de Valencia, Sagunto y Castellón, que generan desequilibrios sedimentarios; y la urbanización, que disminuye los reservorios naturales de sedimentos y agrava la erosión durante las tormentas.
Propuestas de soluciones sostenibles
Las soluciones sostenibles para mitigar la erosión costera incluyen la recuperación de sedimentos fluviales mediante sistemas de bypass en presas y el drenaje de sedimentos acumulados en embalses para reabastecer las playas. También se proponen proyectos de regeneración de playas mediante la alimentación artificial con sedimentos marinos y fluviales, priorizando zonas críticas como la costa sur de Benidorm, que cuenta con 20 millones de m³ disponibles. Además, se recomienda restringir el desarrollo urbano en áreas vírgenes de la costa, implementando planes de ordenación territorial que equilibren turismo y conservación ambiental. Finalmente, se sugiere promover el modelo intensivo, replicando casos de éxito como el de Benidorm, e incentivar el uso eficiente de recursos mediante políticas y normativas específicas.
Impacto futuro de la inacción
La falta de medidas efectivas para abordar la erosión y la presión urbanística podría tener consecuencias desastrosas. Si no se actúa, las playas continuarán retrocediendo a un ritmo alarmante y los recursos críticos, como el espacio litoral y la arena, se agotarán. Esto no solo afectará al turismo, sino también a la biodiversidad costera y al bienestar de las comunidades locales.
Conclusiones
El turismo costero en la Comunidad Valenciana es un recurso de incalculable valor económico y ambiental. Sin embargo, la erosión costera, la presión urbanística y la falta de estrategias de manejo sostenible están poniendo en riesgo este modelo. Las soluciones deben centrarse en:
Restablecer el transporte natural de sedimentos.
Limitar la expansión urbana en áreas críticas.
Promover modelos turísticos intensivos más eficientes.
Si se implementan estas medidas, se puede garantizar la sostenibilidad a largo plazo de las playas valencianas, proteger su riqueza natural y asegurar su viabilidad económica para futuras generaciones.
Referencias
Yepes, V. & Medina, J.R. (2005). Land Use Tourism Models in Spanish Coastal Areas. A Case Study of the Valencia Region. Journal of Coastal Research, SI 49, 83-88.
Organización Mundial del Turismo (2004). Tourism Highlights Edition 2004.
De izquierda a derecha: Julián Alcalá, Tatiana García, Andrés Ruiz, Salvador Ivorra, Antonio Tomás y Víctor Yepes
Ayer, 4 de diciembre de 2024, tuvo lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Andrés Ruiz Vélez, titulada “Optimal design of socially and environmentally efficient reinforced concrete precast modular road frames under constrained budgets”, dirigida por los profesores Víctor Yepes Piqueras y Julián Alcalá González. La tesis recibió la calificación de sobresaliente «cum laude». A continuación, presentamos un pequeño resumen de la misma.
Resumen:
La infraestructura de transporte es esencial para el desarrollo humano, ya que impulsa el crecimiento industrial y promueve la evolución social al mejorar la interacción y la conectividad. Su construcción actúa como un catalizador de transformaciones socioeconómicas, puesto que fomenta las economías locales y facilita el flujo de recursos y de la fuerza laboral. Sin embargo, la creciente concienciación sobre los impactos negativos de las prácticas insostenibles en la ingeniería de la construcción exige una transición hacia métodos más responsables. Históricamente, la viabilidad económica ha sido el enfoque principal en ingeniería estructural. No obstante, en la actualidad se otorga mayor relevancia a la evaluación de los impactos a lo largo del ciclo de vida de los proyectos. Aunque este enfoque supone un avance en la integración del diseño estructural con los objetivos de desarrollo sostenible, todavía no abarca plenamente la complejidad y diversidad que implica la sostenibilidad a lo largo de todo el ciclo de vida de las infraestructuras.
Esta tesis doctoral desarrolla de manera sistemática un marco de diseño que integra la sostenibilidad en la construcción de infraestructuras de transporte. Se propone un enfoque modular y prefabricado para proyectos de estructuras viales, que se posiciona como una alternativa más eficiente y atractiva frente a los métodos tradicionales de hormigonado in situ. El diseño estructural, junto con los procesos ambientales y sociales asociados al ciclo de vida de la estructura, se modela mediante un enfoque matemático avanzado. Este modelo permite aplicar técnicas de optimización monoobjetivo y multiobjetivo, combinadas con algoritmos multicriterio de toma de decisiones. Dada la complejidad y la diversidad de variables involucradas, el uso de métodos exactos de optimización no es viable. Por ello, la investigación adopta metaheurísticas híbridas y basadas en entornos para minimizar el coste final de la estructura desde una perspectiva monoobjetivo. Entre las técnicas evaluadas, las metaheurísticas de recocido simulado y aceptación por umbrales, calibradas con cadenas de mayor longitud, ofrecen resultados de alta calidad, aunque con un considerable esfuerzo computacional. En contraste, una versión híbrida del recocido simulado enriquecida con un operador de mutación común en algoritmos basados en poblaciones alcanza soluciones de calidad comparable con un menor esfuerzo computacional. La hibridación de metaheurísticas se presenta como una estrategia eficaz para ampliar las capacidades exploratorias de estos algoritmos, optimizando el equilibrio entre la calidad de los resultados y la eficiencia computacional.
El análisis del ciclo de vida de diferentes configuraciones de marcos con un coste óptimo revela claras ventajas ambientales del enfoque modular prefabricado en comparación con la construcción convencional in situ. Sin embargo, las implicaciones sociales son más complejas y destacan la relevancia de incorporar los impactos del ciclo de vida como funciones objetivo en el proceso de optimización. Este hallazgo subraya la necesidad de emplear técnicas multicriterio para evaluar y clasificar eficazmente las alternativas. De este modo, se garantiza un equilibrio adecuado entre los impactos ambientales y sociales, y se asegura una toma de decisiones más integral y sostenible dentro del marco del diseño y la planificación.
Esta investigación desarrolla operadores de cruce, mutación y reparación diseñados para discretizar eficazmente el problema de optimización, dotando así a los algoritmos genéticos y evolutivos de la capacidad necesaria para abordar la complejidad del proceso de optimización multiobjetivo. En particular, el operador de reparación estadístico muestra un buen rendimiento cuando se combina con los algoritmos genéticos NSGA-II y NSGA-III, así como con el algoritmo evolutivo RVEA. Aunque existen diferencias metodológicas entre estas técnicas, la herramienta de toma de decisiones FUCA produce clasificaciones equivalentes a las obtenidas mediante el método de ponderación aditiva simple. Esta coherencia también se observa con técnicas como TOPSIS, PROMETHEE y VIKOR. Para garantizar la imparcialidad en la ponderación de criterios, se aplica un proceso de cálculo basado en la teoría de la entropía, lo que proporciona un enfoque metódico a las técnicas de decisión multicriterio. La integración de algoritmos de optimización multiobjetivo con herramientas de decisión multicriterio en un marco de diseño fundamentado en modelos matemáticos permite identificar y clasificar diseños óptimos no dominados. Estos diseños logran un equilibrio integral entre las dimensiones económica, ambiental y social, y promueven la sostenibilidad del ciclo de vida de la estructura.
El sector de la construcción en América Latina y el Caribe (ALC) es uno de los pilares fundamentales de la economía regional, pero también se enfrenta a desafíos significativos en términos de sostenibilidad, productividad y digitalización.
A continuación nos hacemos eco de un informe donde se detallan las claves para transformar el sector basándose en datos, análisis de tendencias y recomendaciones prácticas. El informe lo tenéis al final de este resumen.
1. Introducción: importancia del sector y sus retos
El sector de la construcción genera aproximadamente 300 000 millones de dólares en América Latina y el Caribe, lo que representa el 6 % del producto interior bruto (PIB) regional y más de 20 millones de empleos directos. A nivel mundial, contribuye al 13 % del PIB y da empleo a 250 millones de personas. Sin embargo, su productividad ha crecido solo un 1 % anual en las últimas dos décadas, lo que la sitúa muy por debajo de sectores como la manufactura (3,6 %) y la agricultura (2,8 %).
El sector de la construcción es uno de los mayores consumidores de recursos naturales y contribuye significativamente al cambio climático. Según el World Green Building Council (2023):
Representa el 50 % del consumo global de recursos extraídos.
Utiliza el 15 % del agua potable mundial.
Es responsable del 37 % de las emisiones globales de CO₂ relacionadas con la energía.
Genera el 35 % de los residuos sólidos producidos anualmente en el planeta.
Además, las proyecciones indican que el sector crecerá considerablemente en los próximos años. Se estima que para 2050 aún no se ha construido el 60 % de los edificios necesarios y que el 20 % de las estructuras existentes requieren renovaciones para cumplir los objetivos de sostenibilidad y cero emisiones netas.
2. Soluciones habilitantes para la construcción sostenible
El documento identifica seis categorías fundamentales de soluciones que pueden transformar el sector hacia la sostenibilidad. Estas soluciones integran tecnologías digitales, diseño innovador, materiales sostenibles y enfoques de gestión eficientes.
Tecnologías digitales avanzadas: Las tecnologías digitales son esenciales para mejorar la eficiencia, la transparencia y la sostenibilidad en todas las etapas del ciclo de vida de los proyectos de construcción.
Building Information Modeling (BIM): permite el diseño colaborativo de infraestructuras en un entorno digital. Sus beneficios incluyen:
Incremento de la productividad en un 13%.
Reducción de costos en un 4% y de los plazos en un 6%.
Automatización de procesos como la simulación de consumo energético y la evaluación de impactos climáticos.
Caso de éxito: en Uruguay, el uso de BIM y LEAN Construction en el proyecto CAIF Aeroparque resultó en un ahorro del 50% en tiempos de respuesta y un 63% menos en sobrecostos durante la pandemia.
Inteligencia artificial (IA): mejora la planificación, el diseño y la operación de los activos construidos. Ejemplos:
Simulaciones para evaluar el rendimiento energético y el comportamiento estructural ante desastres.
Optimización de rutas de transporte y logística en obra, reduciendo costos y emisiones.
Internet de las cosas (IoT):
Sensores inteligentes monitorean el uso de energía, agua y recursos en tiempo real, ajustando automáticamente los sistemas para maximizar la eficiencia.
Aplicaciones como Building Resilience ayudan a evaluar riesgos climáticos y seleccionar ubicaciones óptimas para proyectos.
Impresión 3D:
Permite fabricar componentes en obra o en fábricas cercanas, reduciendo los residuos y las emisiones de transporte.
Facilita el uso de materiales reciclados, disminuyendo la dependencia de recursos vírgenes.
Blockchain:
Asegura la trazabilidad de materiales, verifica certificaciones ambientales y gestiona residuos con mayor transparencia.
Gestión en la nube:
Reduce el empleo de papel, mejora la colaboración en tiempo real y almacena datos clave para optimizar la sostenibilidad.
Diseño sostenible: El diseño sostenible aborda el impacto ambiental desde la concepción del proyecto, empleando enfoques como el diseño bioclimático, que optimiza la orientación solar, el aislamiento térmico y la ventilación pasiva para reducir la demanda energética. Un ejemplo de ello son los edificios pasivos, que minimizan el uso de climatización activa; la eficiencia energética y la generación de energía renovable mediante paneles solares, sistemas LED y edificaciones de carbono neutro o positivas que producen más energía de la que consumen; y la flexibilidad en el diseño, con espacios modulares que se adaptan a diferentes usos y disminuyen la necesidad de futuras demoliciones.
Materiales sostenibles: El uso de materiales con bajas emisiones de carbono es fundamental para reducir el impacto ambiental. Entre estos materiales destacan la madera certificada, que tiene una huella de carbono negativa, es renovable, reciclable y eficiente energéticamente, y constituye una alternativa clave al hormigón en Chile, que representa el 54 % de las emisiones de carbono de un edificio; el bambú, un material resistente y de rápido crecimiento utilizado en zonas tropicales; y los materiales reciclados, que disminuyen la extracción de recursos naturales y los residuos de construcción.
Sistemas de construcción industrializada: La prefabricación, la construcción modular y la impresión 3D contribuyen a reducir los residuos en obra y el tiempo de construcción, y permiten finalizar las obras hasta un 50 % más rápido que con los métodos tradicionales.
Medición y verificación del impacto ambiental: Certificaciones como LEED, EDGE y BREEAM permiten evaluar y validar la sostenibilidad de los proyectos.
Enfoques de gestión eficientes: Metodologías como LEAN Construction y Advanced Work Packaging optimizan los procesos y reducen retrasos.
3. Experiencias, retos y oportunidades en Latinoamérica y el Caribe
El análisis en Brasil, Chile, Costa Rica y Uruguay revela 44 iniciativas identificadas desde 2015, la mayoría lideradas por el sector público. Entre los retos a los que se enfrentan destacan la falta de integración entre soluciones digitales y sostenibles, la baja percepción del valor económico de la sostenibilidad y los altos niveles de informalidad en el sector. Entre las buenas prácticas destacan el uso de estrategias internacionales de benchmarking, la capacitación técnica en metodologías digitales y la compra pública innovadora y ecológica para estimular la demanda de tecnologías sostenibles.
4. Claves para el futuro
Para transformar el sector, se recomiendan políticas de liderazgo público que promuevan la digitalización y la sostenibilidad, así como incentivos financieros y no financieros, como subsidios, créditos y regulaciones, para fomentar la adopción de prácticas sostenibles. También se recomienda fomentar la colaboración multisectorial mediante alianzas entre los sectores público, privado y académico para compartir conocimientos y recursos, y ofrecer programas de capacitación y educación en habilidades digitales para los trabajadores del sector.
5. Conclusión
La adopción masiva de tecnologías digitales, materiales sostenibles y enfoques innovadores puede situar a Latinoamérica y el Caribe a la vanguardia de la construcción sostenible a escala mundial. Para transformar el sector de la construcción, es necesario adoptar un enfoque holístico que combine innovación tecnológica, gestión eficiente y políticas públicas. La adopción generalizada de soluciones digitales y sostenibles no solo mejorará la productividad, sino que también reducirá el impacto ambiental, lo que hará que el sector sea más resiliente y competitivo en el contexto global.
Os dejo el siguiente documento, donde tenéis toda la información. Espero que os sea de interés.
Destrucción causada por la DANA del 29 de octubre de 2024 en Valencia. https://www.iagua.es/blogs/jose-maria-bodoque/como-mejorar-gestion-riesgo-zonas-afectadas-dana-evitar-catastrofe
La evaluación de la vulnerabilidad urbana (EVA) se ha convertido en una herramienta esencial para la gestión de riesgos y la planificación estratégica de ciudades sostenibles. Un artículo publicado en el Journal of Cleaner Production describe los avances en este campo, abordando las metodologías más avanzadas, las líneas de investigación prioritarias y sus implicaciones para la práctica y la formulación de políticas. Este informe desglosa los hallazgos principales y resalta su impacto práctico y las aportaciones metodológicas. Destacamos la importancia de este trabajo, relacionado directamente con el desastre provocado por la DANA en Valencia, el 29 de octubre de 2024.
El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
¿Qué es la vulnerabilidad urbana y por qué evaluarla?
La vulnerabilidad urbana mide la susceptibilidad de las ciudades a impactos negativos como desastres naturales, cambios climáticos, fallos en la infraestructura y crisis sociales. Según el artículo, la vulnerabilidad de un sistema urbano depende de:
Exposición: Grado en que el sistema está sujeto a una amenaza.
Sensibilidad: Capacidad del sistema para ser afectado negativamente.
Capacidad adaptativa: Habilidad para responder y recuperarse de las amenazas.
La Evaluación de Vulnerabilidad Urbana (EVA) tiene como objetivo identificar estos factores para informar sobre la toma de decisiones en el ámbito de la planificación estratégica, orientando las acciones hacia la resiliencia y la sostenibilidad urbana.
Relación con la Planificación Estratégica Urbana (USP)
La planificación estratégica urbana, basada en enfoques que evolucionan desde la predicción y el control hacia la adaptabilidad y la inclusión, proporciona un marco idóneo para integrar la EVA. Ambas disciplinas comparten desafíos como la incertidumbre, la necesidad de enfoques multidimensionales y la participación de actores clave.
Evolución y marco conceptual
Tres etapas en la evolución de la EVA
El artículo traza la evolución de la EVA a través de tres etapas fundamentales:
Etapa predictiva: Los métodos iniciales se enfocaban en evaluar impactos utilizando modelos simples y lineales. Estos se limitaban a prever riesgos y sugerir respuestas reactivas.
Etapa de vulnerabilidad: Incorporó conceptos de capacidad adaptativa y sensibilidad. Comenzó a incluir enfoques más integrales que consideraban aspectos socioeconómicos y biológicos.
Etapa adaptativa: Introduce una visión dinámica, aceptando la incertidumbre y adoptando estrategias que respondan a cambios continuos. Esta etapa se centra en la planificación adaptativa y el manejo de riesgos en múltiples escenarios.
Marco conceptual para la EVA
El análisis del artículo se estructura en torno a atributos genéricos y de investigación, que permiten categorizar y evaluar los métodos de EVA:
Atributos genéricos:
Abordaje: Clasificado en biológico, social e integral. Este último combina ambos factores, proporcionando una evaluación más holística.
Estímulos: Incluyen amenazas como terremotos, inundaciones y fallas de infraestructura, clasificadas como de primer o segundo orden según su origen.
Etapa de desarrollo: Impacto (diagnóstico inicial), vulnerabilidad (caracterización de capacidades) o adaptación (formulación de estrategias adaptativas).
Atributos de investigación:
Robustez: Habilidad del modelo para manejar incertidumbre.
Procesos participativos: Incorporación de opiniones y experiencias de múltiples actores.
Multiescala: Integración de diferentes niveles de análisis.
Naturaleza dinámica: Consideración del cambio en el tiempo y el contexto.
Capacidad multiobjetivo: Evaluación de múltiples intereses y conflictos.
Enfoques cognitivos: Identificación de relaciones causa-efecto y apoyo al aprendizaje en la toma de decisiones.
Metodología aplicada en el análisis
El artículo utiliza una metodología sistemática en cuatro pasos para identificar y analizar métodos EVA:
Búsqueda exhaustiva: En bases de datos como Scopus y Web of Science, enfocándose en estudios recientes (a partir de 2010).
Revisión por contenido: Identificación de trabajos relevantes que incluyan métodos novedosos de EVA.
Categorización: Clasificación según atributos genéricos y de investigación.
Análisis cuantitativo: Uso de herramientas estadísticas para evaluar tendencias, correlaciones y vacíos en la investigación.
De los 65 estudios seleccionados, la mayoría se encuentra en la etapa de vulnerabilidad, lo que refleja una transición hacia enfoques más integrales y adaptativos.
Hallazgos principales
Los estudios actuales muestran un predominio de métodos integrales que combinan factores biológicos y sociales (35 %), superando a los enfoques exclusivamente biológicos (34 %) y sociales (31 %), lo que permite evaluaciones más precisas para la toma de decisiones. El atributo más investigado es la robustez (33 %), lo que refleja la prioridad de gestionar la incertidumbre y mejorar la fiabilidad de los resultados. Sin embargo, la participación ciudadana, que es fundamental para integrar las perspectivas sociales, está poco desarrollada (22 %), mientras que las dimensiones multiescalares y dinámicas, que son esenciales para entender la complejidad urbana, reciben poca atención (6 %).
Relación entre atributos y estímulos
Los métodos EVA se centran principalmente en amenazas naturales como terremotos (34 %) e inundaciones (24 %). Estas categorías tienen mayor presencia en enfoques biológicos e integrales, mientras que los estímulos sociales y relacionados con infraestructuras están menos representados.
Impacto de los enfoques integrales
Los enfoques integrales son eficaces para avanzar hacia etapas adaptativas. En el caso de los fallos de infraestructura, combinar simulaciones con análisis socioeconómicos permite identificar vulnerabilidades críticas y proponer soluciones integradas. En casos de inundaciones, los modelos de robustez y el análisis de participación comunitaria refuerzan la legitimidad de las estrategias adaptativas.
Implicaciones prácticas
Política y planificación
Desarrollo de infraestructuras resilientes: Incorporar resultados de EVA en la planificación de sistemas urbanos adaptativos y flexibles.
Participación comunitaria: Diseñar procesos inclusivos que canalicen las perspectivas ciudadanas hacia decisiones legítimas y eficaces.
Integración de escalas: Conectar análisis locales con dinámicas regionales y globales, fomentando la coherencia entre niveles de planificación.
Investigación y tecnología
Mejora de modelos de robustez: Implementar técnicas avanzadas como redes complejas y análisis de Monte Carlo.
Promoción de métodos multiobjetivo: Usar enfoques heurísticos y de optimización para equilibrar múltiples intereses.
Fomento de enfoques dinámicos: Incluir simulaciones basadas en el tiempo para anticipar cambios en la vulnerabilidad.
Conclusión
La evaluación de la vulnerabilidad urbana ha progresado significativamente hacia enfoques integrales y adaptativos, pero persisten desafíos, especialmente en lo que respecta a la participación ciudadana, la multiescala y la naturaleza dinámica. Los métodos EVA son fundamentales para abordar la complejidad de la planificación urbana en un mundo cada vez más incierto. El artículo destaca que la inversión en investigación interdisciplinaria y tecnología puede acelerar la transición hacia ciudades más resilientes y sostenibles.
Innovación y optimización en el diseño estructural: losas aligeradas con análisis multivariante
La construcción moderna está en constante evolución para superar los retos asociados al alto consumo de materiales, la sostenibilidad ambiental y los costes elevados. En este contexto, las losas aligeradas con esferas o discos plásticos presurizados se presentan como una solución estructural innovadora que combina eficiencia, sostenibilidad y funcionalidad. Este artículo detalla, basándose en el análisis exhaustivo del documento presentado, cómo la metodología de análisis multivariante permite dimensionar con precisión este tipo de losas, optimizando recursos y reduciendo el impacto ambiental.
El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Losas de hormigón armado sin vigas, aligeradas con esferas o discos plásticos. https://www.prenovaglobal.com/index.php/es/losas-sin-vigas-con-esferas-o-discos/
Introducción a las losas aligeradas
Las losas de hormigón armado son elementos clave en cualquier edificación, diseñadas para soportar cargas verticales y transferirlas a los soportes principales. Sin embargo, su peso propio plantea un desafío técnico y económico, especialmente cuando hay grandes luces entre apoyos, ya que se necesitan más materiales y refuerzos, lo que aumenta los costos y el impacto ambiental.
El concepto de losas aligeradas
Este sistema estructural combina los Métodos Modernos de Construcción (MMC) con la sostenibilidad ambiental e integra aligeradores huecos de materiales reciclados, como discos o esferas plásticas presurizadas, en el núcleo de las losas. Estas estructuras reducen el peso propio, optimizan las cargas transmitidas y permiten utilizar menos hormigón y acero sin comprometer la resistencia estructural.
Innovación técnica: metodología para el dimensionamiento
Base del estudio
La metodología presentada analiza 67 edificios construidos con losas aligeradas y registra 75 observaciones de forjados. Estos datos se procesaron mediante análisis estadístico y modelos de regresión multivariante, lo que permitió desarrollar ecuaciones predictivas altamente precisas para calcular el espesor de las losas en función de sus características estructurales.
Variables clave
Luz principal (L): Distancia entre los apoyos principales.
Espesor de la losa (E): Variable dependiente del modelo.
Altura del disco o diámetro de la esfera (H): Elemento aligerante.
Sobrecarga (Q): Definida por el uso del edificio.
Superficie construida: Influye en la carga total transferida.
Número de plantas: Relacionado con la distribución de cargas.
Resultados del análisis
El estudio identificó una fuerte correlación entre estas variables, especialmente entre el espesor de la losa y la luz entre apoyos. Esto permitió formular una ecuación que explica hasta el 98,34 % de la variabilidad del espesor de las losas aligeradas.
Ecuación ajustada del modelo final:
Aspectos destacados:
La relación cuadrática entre la luz y el espesor refleja la carga que predomina en la sección.
La altura del disco aligerante influye directamente en el diseño, que está condicionada por los espesores comerciales disponibles.
Validación estadística
Se realizaron pruebas de normalidad (Shapiro-Wilk y Kolmogorov-Smirnov) y análisis de residuos. Los residuos siguieron una distribución normal, confirmando la robustez y validez del modelo propuesto.
Criterios de diseño
Para luces mayores de 7,2 m o sobrecargas superiores a 2 kN/m², el modelo proporciona cálculos más precisos que las reglas tradicionales.
Se recomienda utilizar este modelo como guía inicial para seleccionar el tamaño adecuado de los aligeradores.
Beneficios económicos y ambientales
El uso de losas aligeradas supone una mejora sustancial en términos de costes y sostenibilidad:
Ahorro de materiales
Se ha reducido el consumo de hormigón hasta en un 30 %, lo que equivale a 1000 m³ menos por cada 10 000 m² de losas construidas.
Disminución del uso de acero en un 20 %, lo que optimiza los refuerzos y las cimentaciones.
Impacto ambiental
Reducción de emisiones de CO₂: por cada 10 000 m² de losas, se evita la emisión de 220 toneladas de CO₂.
Uso de materiales reciclados para los aligeradores, lo que promueve la economía circular.
Se consume menos agua y energía durante la construcción.
Optimización de costes
Las estructuras más ligeras reducen la demanda de cimentaciones y elementos de soporte.
Se necesita menos cimbrado y los tiempos de construcción son más cortos.
Aumento de la eficiencia global del proyecto.
Aplicaciones y comparativas estructurales
Las losas aligeradas son particularmente útiles en edificios residenciales, comerciales e industriales donde se requieren luces amplias (de 5 a 16 m). Su flexibilidad y adaptabilidad permiten su uso en una amplia variedad de aplicaciones.
Comparación con losas macizas
Peso y carga:
Las losas aligeradas reducen el peso propio hasta en un 30 %.
Al transferir menos cargas a los pilares y cimentaciones, se reduce el riesgo de daños.
Resistencia estructural:
Ofrece una resistencia a la flexión y al punzonamiento comparable a la de las losas macizas.
Incorporación de zonas macizas alrededor de los pilares para mejorar la capacidad cortante.
Flexibilidad en el diseño:
Permite mayores luces y diseños arquitectónicos más libres.
Facilita la apertura de huecos para instalaciones o reformas en el futuro.
Desafíos y perspectivas futuras
Aunque este sistema presenta numerosos beneficios, aún enfrenta ciertos retos que deben abordarse:
Estandarización del diseño:
Es necesario desarrollar normas que regulen el uso de aligeradores en distintos contextos.
Hay que incorporar criterios adicionales, como la resistencia al fuego y la durabilidad, en los modelos de diseño.
Optimización del sistema:
Explorar nuevos materiales reciclados para mejorar la sostenibilidad del sistema.
Desarrollar herramientas digitales basadas en dicho modelo para facilitar su aplicación.
Estudios comparativos ampliados:
Evaluar el rendimiento de las losas aligeradas frente a sistemas tradicionales, como los forjados reticulares.
Realizar un análisis del ciclo de vida completo que tenga en cuenta el impacto económico, ambiental y social.
Conclusiones
Este estudio ofrece una herramienta innovadora para el dimensionamiento eficiente de losas aligeradas, basada en el análisis multivariante y en criterios estadísticos rigurosos. Estas estructuras no solo optimizan el uso de materiales, sino que también reducen el impacto ambiental y fomentan la sostenibilidad en la construcción.
Con un enfoque que combina diseño avanzado, ahorro de recursos y flexibilidad arquitectónica, las losas aligeradas están transformando la forma de construir edificios modernos. A medida que se perfeccionen los modelos y se amplíen sus aplicaciones, este sistema se perfilará como una solución fundamental para construir un futuro más sostenible y eficiente.
Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:
Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:
Vivienda unifamiliar con losas aligeradas multiaxiales «Unidome»
El artículo de investigación presentado en el 28th International Congress on Project Management and Engineering por los autores Sánchez-Garrido, Yepes-Bellver, Saiz y Yepes es un análisis de losas aligeradas multiaxiales empleadas en edificación.
En la actualidad, el sector de la construcción se enfrenta a desafíos significativos relacionados con la necesidad de optimizar recursos, minimizar el impacto ambiental y satisfacer demandas estructurales complejas. Ante este panorama, los Métodos Modernos de Construcción (MMC) han surgido como una alternativa disruptiva a las técnicas tradicionales. Este artículo analiza la implementación de losas aligeradas multiaxiales, y destaca su diseño, beneficios, impacto en la sostenibilidad y su comparación con estructuras convencionales.
El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El auge de los Métodos Modernos de Construcción
Los MMC, también conocidos como «construcción inteligente», introducen un enfoque industrializado que revoluciona la forma de diseñar y construir edificios. Este concepto, inicialmente popularizado en el Reino Unido, abarca tecnologías modulares y procesos automatizados que hacen que la construcción sea más rápida, económica y sostenible.
A diferencia de los métodos tradicionales, los MMC integran disciplinas como la ingeniería estructural, la arquitectura y la gestión de proyectos. Estas técnicas permiten aprovechar al máximo los materiales, reducir los residuos y acortar los plazos de ejecución. Dentro de este enfoque, destacan las losas aligeradas multiaxiales, una solución que combina eficiencia estructural y sostenibilidad.
Características técnicas de las losas aligeradas
Las losas aligeradas multiaxiales suponen una evolución frente a las losas macizas tradicionales. Su diseño incorpora elementos huecos, como los formadores «Unidome», que sustituyen el hormigón en áreas de baja capacidad portante, lo que genera importantes beneficios estructurales y medioambientales.
Materiales:
Hormigón armado.
Aligeradores de plástico reciclado (HDPE o PP).
Barras de acero para refuerzo y fijación.
Diseño:
Reducción de hasta el 35 % del hormigón empleado.
Aligeramiento del peso propio de la losa, lo que facilita su transporte y montaje.
Incorporación de zonas macizas en áreas críticas, como las cercanas a pilares, para garantizar la resistencia a cortante y al punzonamiento.
Flexibilidad estructural:
Reducción de entre un 5-10 % en el canto del forjado.
Aumento de luces hasta un 40 % más respecto a las losas macizas.
Mejora en la distribución de cargas y en el comportamiento frente a sismos.
Durabilidad:
Diseño optimizado para prevenir fallos estructurales por flexión, cortante o cargas axiales.
Resistencia al fuego gracias a recubrimientos específicos y diseño uniaxial o biaxial.
Comparativa: estructura convencional frente a MMC
Para evaluar el impacto de las losas aligeradas, se realizó un estudio de caso en un edificio residencial público de Chiclana (Cádiz), donde se compararon dos alternativas estructurales: una convencional y otra basada en MMC.
Opción A: Estructura convencional
Características:
10 pilares para luces de 6,6 m.
Losas macizas de hormigón armado con espesores de 26-28 cm.
Mayor peso propio, que requiere cimentaciones más robustas.
Materiales utilizados:
509,87 m³ de hormigón.
59.837 kg de acero.
Opción B: Estructura MMC con losas aligeradas
Características:
6 pilares soportan luces de hasta 13,2 m, eliminando filas intermedias.
Losas aligeradas de 40-44 cm con un 35 % menos de peso propio en áreas no críticas.
Materiales utilizados:
532,60 m³ de hormigón (4,5 % más que la opción A).
69.892 kg de acero (16 % más que la opción A).
Aunque la opción B requiere más materiales, su diseño permite reducir significativamente los elementos estructurales, como los pilares, lo que da como resultado una estructura más esbelta y eficiente. Además, al eliminar soportes intermedios, se obtienen beneficios adicionales como espacios diáfanos, flexibilidad en el diseño interior y menores tiempos de ejecución.
Sostenibilidad: Un enfoque imprescindible
La sostenibilidad es uno de los pilares de los MMC y las losas aligeradas no son una excepción. La implementación de estas losas tiene un impacto positivo que se refleja en diversos aspectos:
Reducción de CO₂:
Cada módulo aligerado sustituye hasta un 35% del hormigón, lo que equivale a una reducción promedio de 46 toneladas de CO₂ por módulo construido.
Uso de plástico reciclado para los aligeradores, disminuyendo la dependencia de materiales vírgenes.
Eficiencia energética:
Menor consumo de energía en la producción y transporte de materiales.
Reducción del 20% en el gasto energético durante la construcción.
Optimización de recursos:
Ahorro de agua en el proceso de fabricación del hormigón.
Disminución del peso propio, lo que optimiza cimentaciones y reduce la cantidad de acero requerido.
Resultados concretos
En el estudio comparativo, las losas MMC redujeron las emisiones de CO₂ en un 25 % por metro cuadrado, mientras que su transporte requirió un 30 % menos de camiones en comparación con las losas macizas tradicionales.
Aplicaciones prácticas y retos futuros
Las losas aligeradas tienen un amplio rango de aplicaciones, desde edificios residenciales hasta rascacielos y escuelas. Su adaptabilidad permite implementarlas en forjados y cimentaciones con espesores que van desde los 20 cm hasta los 80 cm. No obstante, todavía enfrentan ciertos desafíos:
Aceptación del mercado: La estandarización y la capacitación de los profesionales son esenciales para su adopción masiva.
Optimización del diseño: Futuras investigaciones buscan extender las aplicaciones a cargas y luces mayores, comparando su desempeño con otras soluciones como forjados reticulares o postensados.
Beneficios adicionales para los proyectos
Además de los aspectos técnicos y sostenibles, las losas aligeradas ofrecen ventajas tangibles para los equipos de diseño y construcción:
Simplificación del proyecto:
Geometrías más sencillas y menos complejas.
Reducción de cargas estructurales, lo que facilita el cálculo estático.
Velocidad de construcción:
Los formadores de huecos llegan preensamblados o listos para instalar, reduciendo los tiempos de montaje.
El menor peso de los elementos acelera el proceso de hormigonado.
Versatilidad arquitectónica:
Mayor libertad en la distribución de espacios interiores.
Facilidad para abrir huecos adicionales o modificar diseños.
Conclusiones
Los Métodos Modernos de Construcción, y específicamente las losas aligeradas multiaxiales, representan un cambio de paradigma en la ingeniería civil. Al reducir el uso de materiales y optimizar recursos, así como al mejorar el desempeño estructural, estas soluciones no solo son más sostenibles, sino también más adaptables a las necesidades contemporáneas de diseño y construcción.
Al combinar eficiencia, flexibilidad y sostenibilidad, las losas aligeradas ofrecen una respuesta sólida a los retos actuales del sector. Su implementación masiva tiene el potencial de transformar el panorama de la construcción y alinearse con objetivos globales como la reducción de emisiones y la industrialización sostenible.
Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:
Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:
Figura 1. Vista aérea de paso superior. Google Maps.
El artículo de investigación presentado en el 28th International Congress on Project Management and Engineering por los autores Yepes-Bellver, Martínez-Pagán, Alcalá, y Yepes es un análisis integral del predimensionamiento de los tableros de puentes losa pretensados aligerados.
Este informe detalla su importancia y sugiere mejoras en el diseño estructural mediante la optimización con métodos avanzados como el modelo Kriging y algoritmos de optimización heurística.
El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
1. Contexto del empleo de los puentes losa pretensados aligerados
Los puentes de losa pretensada son fundamentales en las infraestructuras de carreteras y vías ferroviarias debido a su capacidad para cubrir luces de entre 10 y 45 metros, lo que los hace más resistentes, duraderos y adaptables a distintos diseños geométricos. El coste de estos puentes suele representar entre un 5 % y un 15 % de los gastos totales de una infraestructura de transporte. Además, los puentes losa ofrecen una mayor flexibilidad y una apariencia estética superior, ya que eliminan las juntas de calzada, lo que mejora la comodidad y reduce el desgaste del tablero al tráfico.
Principales ventajas de los puentes losa pretensados:
Resistencia y durabilidad: estos puentes ofrecen una alta resistencia a la torsión y la flexión, por lo que son ideales para soportar cargas variables y condiciones climáticas adversas.
Versatilidad en el diseño: gracias a su construcción in situ, es posible adaptarlos a terrenos irregulares o a condiciones complejas, como curvas pronunciadas y anchos variados, lo que permite construirlos con rasantes bajas.
Ahorro de materiales y costes: Al diseñarse sin juntas y con posibilidades de aligeramiento, su mantenimiento resulta menos costoso en comparación con otras tipologías.
2. Predimensionamiento y limitaciones en los métodos actuales
El predimensionamiento es esencial en la fase preliminar del diseño de puentes con losas pretensadas. Tradicionalmente, los ingenieros utilizan reglas empíricas basadas en la experiencia para definir parámetros geométricos iniciales, como el espesor de la losa, la relación entre el canto y la luz y la cantidad de armadura activa y pasiva. Sin embargo, estos métodos tradicionales tienen limitaciones en cuanto a eficiencia y sostenibilidad, ya que no optimizan el uso de materiales ni reducen el impacto ambiental.
Desventajas de los métodos convencionales de predimensionamiento:
Rigidez en el diseño: los métodos empíricos pueden ser inflexibles, lo que limita las opciones de diseño y hace que la estructura no se adapte eficientemente a los criterios de optimización moderna.
Ineficiencia económica y ambiental: al no tener en cuenta factores de sostenibilidad y costes, estos métodos pueden provocar un uso excesivo de materiales, lo que aumenta la huella de carbono y el consumo energético.
3. Propuesta de optimización con modelos Kriging y metaheurísticas
La propuesta de los investigadores consiste en aplicar una optimización bifase mediante modelos Kriging combinados con el recocido simulado, un algoritmo heurístico. Esta técnica permite reducir el tiempo de cómputo en comparación con los métodos de optimización tradicionales sin perder precisión. La optimización se centra en tres objetivos clave:
Minimización del coste
Reducción de emisiones de CO₂
Disminución del consumo energético
El Kriging, un tipo de metamodelo, facilita la interpolación de datos en una muestra determinada, lo que permite que los valores estimados sean predictivos y evite el alto coste computacional que conllevan las simulaciones estructurales completas. Para implementar esta técnica, se usa un muestreo de hipercubo latino (LHS), que permite generar variaciones en el diseño inicial de los puentes y proporciona una base sobre la que se aplica el modelo Kriging para ajustar las alternativas optimizadas de diseño.
4. Resultados y comparación con diseños convencionales
A continuación, se exponen los principales hallazgos del estudio, basados en la optimización de puentes reales y en la comparación con métodos empíricos:
Esbeltez y espesor de la losa: la investigación recomienda que aumentar la relación entre el canto y la luz mejora la sostenibilidad del diseño. Los puentes optimizados presentan relaciones de hasta 1/30, en comparación con el rango usual de 1/22 a 1/25.
Volumen de hormigón y armaduras: los resultados muestran una disminución del volumen de hormigón y del número de armaduras activas necesarias, mientras que aumenta el número de armaduras pasivas. Este ajuste permite reducir tanto el coste como las emisiones.
Uso de materiales de construcción: se recomienda el uso de hormigón de resistencia entre 35 y 40 MPa para obtener una combinación óptima entre coste y sostenibilidad. La cantidad de aligeramientos interiores y exteriores también contribuye significativamente a la reducción del peso total sin comprometer la resistencia.
Comparativa de materiales:
Cuantía de hormigón: entre 0,55 y 0,70 m³ por m² de losa. La optimización reduce el consumo a 0,60 m³ para puentes económicos y a 0,55 m³ para priorizar la reducción de emisiones.
Armadura activa: la cantidad recomendada es inferior a 17 kg/m² de tablero. Esto representa una reducción significativa en comparación con los diseños tradicionales, que promedian alrededor de 22,64 kg/m².
Armadura pasiva: se debe aumentar la cuantía hasta 125 kg/m³ para proyectos de alta sostenibilidad, en contraste con los valores convencionales.
5. Herramientas prácticas para los proyectistas: nomogramas para el predimensionamiento
Uno de los aportes más valiosos del estudio es la creación de nomogramas que permiten a los ingenieros realizar predimensionamientos precisos con un mínimo de datos. Los nomogramas se desarrollaron mediante modelos de regresión múltiple y ofrecen una forma rápida de estimar:
La cantidad de hormigón necesaria.
El espesor de la losa.
La armadura activa en función de la luz del puente y los aligeramientos aplicados.
Estos nomogramas son útiles en las primeras fases de diseño, ya que permiten obtener valores cercanos a los óptimos de manera rápida y eficiente. Los gráficos incluyen secuencias de cálculo específicas con ejemplos de puentes con luces de 34 m y aligeramientos medios (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,40 m³/m²), lo que facilita un proceso de diseño preliminar que cumple con criterios de sostenibilidad.
Figura 2. Nomograma para estimar el canto del tablero (m). Fuente: Yepes-Bellver et al. (2024)
6. Recomendaciones para el diseño sostenible de puentes losa pretensados aligerados
Basándose en los resultados de optimización, el estudio recomienda ajustar ciertos parámetros de diseño para mejorar la sostenibilidad y reducir los costes:
Aumento de la relación canto/luz: se debe aumentar la relación a 1/26 o incluso 1/30 para conseguir diseños sostenibles.
Reducción del hormigón utilizado: limitar el uso de hormigón a 0,60 m³/m², o menos si la prioridad es reducir las emisiones. Cuantía de armaduras: para la armadura pasiva, se recomienda un mínimo de 125 kg/m³, mientras que la armadura activa debe reducirse a 15 kg/m² de losa. Aligeramientos amplios: utilizar aligeramientos significativos (interior de 0,20 m³/m² y exterior de 0,50 m³/m²) para reducir el peso estructural y minimizar el material empleado.
7. Conclusión: innovación en el diseño de infraestructuras sostenibles
El uso de modelos predictivos, como el Kriging, y de técnicas de optimización avanzada en el diseño de puentes supone un gran avance hacia la construcción de infraestructuras sostenibles y eficientes. Estos métodos permiten reducir costes y minimizar el impacto ambiental, dos factores críticos en la ingeniería moderna. Al promover estos enfoques, la investigación allana el camino hacia políticas de infraestructura más responsables y sostenibles, un objetivo alineado con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).
8. Perspectivas futuras: expansión de la metodología de optimización
Los autores proponen continuar esta línea de investigación aplicando el modelo Kriging y otros metamodelos a diversas estructuras de ingeniería civil, como marcos de carretera, muros de contención y otros tipos de puentes. Esta expansión podría sentar las bases para nuevos estándares en el diseño de infraestructuras sostenibles.
Este estudio se presenta como una herramienta esencial para ingenieros y proyectistas interesados en mejorar el diseño estructural mediante métodos modernos de optimización, ya que ofrece un enfoque práctico y avanzado para lograr una ingeniería civil más sostenible.
Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:
Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:
