Categoría: terremotos

Entendiendo la protección sísmica: cómo hacemos nuestros edificios más seguros.

Figura 1. El gran terremoto de 1985 en Chile. https://novaciencia.es/el-gran-terremoto-de-1985-en-chile-un-seismo-que-se-podria-repetir-dentro-de-40-anos/

1. Introducción: viviendo en un país sísmico.

Vivir en un país como Chile significa comprender que el suelo que pisamos no es estático, sino que habitamos una tierra de geografía imponente, forjada por la misma energía que, de vez en cuando, nos recuerda su poder. Somos uno de los países con mayor actividad sísmica del planeta, una realidad que nos obliga a respetar la naturaleza y a liderar el desarrollo de una ingeniería resiliente. Para comprender la magnitud de nuestro desafío, basta con una cifra contundente proporcionada por el experto sismólogo Sergio Barrientos: el 46,5 % de toda la energía sísmica mundial del siglo XX se liberó en Chile.

Esta convivencia con los seísmos ha moldeado nuestra forma de construir. La normativa chilena (NCh433) establece una filosofía de diseño sismorresistente con objetivos claros y escalonados enfocados, ante todo, en la seguridad de las personas.

  • Sismos moderados: la estructura debe resistir sin sufrir ningún daño.
  • Sismos medianos: se aceptan daños, pero estos deben limitarse a elementos «no estructurales», como tabiques o techos falsos.
  • Sismos severos: el objetivo primordial es evitar el colapso de la estructura para salvaguardar la vida de sus ocupantes, aunque esto implique daños significativos e irreparables en el edificio.

El mensaje clave es que la meta mínima es sobrevivir. Un edificio puede quedar completamente inutilizable tras un gran terremoto, pero si no se derrumbó, cumplió su función principal. Sin embargo, tras la experiencia del terremoto de 2010, la población exige «algo más que evitar el colapso». En la actualidad, no solo se busca sobrevivir, sino también proteger la inversión, garantizar la funcionalidad de los edificios críticos y asegurar la tranquilidad.

Para responder a estas nuevas y más altas expectativas, la ingeniería ha desarrollado tecnologías avanzadas que van más allá de la normativa: los sistemas de protección sísmica.

2. ¿Qué son los sistemas de protección sísmica?

Para combatir la energía destructiva de un terremoto, la ingeniería ha diseñado el aislamiento sísmico y la disipación de energía. Ambos son sistemas pasivos, es decir, no requieren energía externa para funcionar, y su objetivo es reducir drásticamente el daño. Sin embargo, sus estrategias son fundamentalmente diferentes:

Sistema Principio fundamental (analogía) Objetivo principal
Aislamiento sísmico Actúa como un filtro o un campo de fuerza. Separa o «desacopla» el edificio del suelo, evitando que la mayor parte de la energía del sismo ingrese a la estructura. Limitar la energía que el sismo transfiere a la superestructura.
Disipación de energía Actúa como los amortiguadores. Absorbe la energía que ya entró al edificio, concentrándola en dispositivos especiales para proteger la estructura principal. Disipar la energía en dispositivos especializados, reduciendo el daño a componentes estructurales y no estructurales.

En resumen, usando una metáfora bélica, el aislamiento busca ganar la batalla impidiendo que el enemigo entre en la fortaleza, mientras que la disipación gana la batalla gestionando de forma inteligente al enemigo una vez que ha cruzado los muros. Ambas estrategias buscan un nivel de rendimiento muy superior al mínimo exigido, que es simplemente evitar el colapso.

3. Desacoplando el edificio del terremoto: cómo funcionan los aisladores sísmicos.

Pero, ¿cómo se logra «desconectar» un gigante de hormigón de la tierra? El aislamiento sísmico lo consigue instalando una serie de elementos flexibles entre la cimentación y la estructura principal. Estos dispositivos ralentizan el movimiento del edificio y transforman las sacudidas violentas y rápidas del seísmo en un vaivén lento y suave. En esencia, el edificio navega el terremoto en lugar de luchar contra él.

Existen dos categorías principales de aisladores:

  • Aislantes elastoméricos: Son extremadamente rígidos en sentido vertical para soportar el peso colosal del edificio, pero muy flexibles en sentido horizontal para permitir el movimiento. Una versión avanzada incluye un núcleo de plomo (LRB) que, además de aislar, disipa energía.
  • Aislantes deslizantes (de fricción): Durante un terremoto, un deslizador se mueve sobre una superficie curva de acero inoxidable. La fricción frena el movimiento y disipa energía, y la forma del plato guía suavemente el edificio de vuelta a su centro una vez que todo termina.
Figura 2. Aisladores de caucho y plomo. https://sites.ipleiria.pt/seismicknowledge/tag/aisladores-de-caucho-y-plomo/

El principal beneficio del aislamiento para los ocupantes y los bienes es que, al reducir drásticamente los movimientos, se protege no solo la estructura, sino también los muros, las ventanas y, fundamentalmente, todo lo que hay dentro: desde equipos médicos y ordenadores hasta objetos valiosos.

4. Absorbiendo el impacto: cómo funcionan los disipadores de energía.

Pero, ¿qué sucede si no podemos evitar que la energía entre? La respuesta es mantenerla bajo control. Esa es la misión de los disipadores de energía. Se trata de dispositivos especiales que se añaden a la estructura para que actúen como «fusibles» mecánicos, diseñados para absorber la mayor parte del impacto del seísmo.

Estos dispositivos se deforman o se mueven de manera controlada, convirtiendo la energía cinética en calor, que se disipa de forma inofensiva. De esta manera, «toman el golpe» del terremoto y protegen los elementos estructurales principales, como vigas, columnas y muros.

Dos ejemplos ilustran bien el concepto:

  • Los disipadores metálicos son piezas de metal con formas especiales diseñadas para doblarse de manera controlada. Al hacerlo, absorben una gran cantidad de energía de forma similar a como se calienta un clip de papel si lo doblas repetidamente, convirtiendo la energía cinética en calor inofensivo.
  • Los disipadores fluido-viscosos funcionan de manera muy similar a los amortiguadores de un automóvil, pero a gran escala. Consisten en un pistón que fuerza el paso de un fluido muy espeso a través de pequeños orificios. Este proceso frena el movimiento del edificio y convierte la energía cinética del seísmo en calor.
Figura 3. Disipadores sísmicos utilizados en la Torre Titanium (Chile). https://sites.ipleiria.pt/seismicknowledge/torre-titanium-la-portada/

 

Figura 4. Amortiguador viscoso. Puente Amolanas (Chile). https://www.cec.uchile.cl/~renadic/anexos/amolana2.html

El resultado es que la energía es absorbida por estos elementos de sacrificio. Esto no solo minimiza el daño general, sino que tiene una ventaja práctica fundamental: después de un terremoto intenso, es mucho más rápido y económico inspeccionar y reemplazar estos «fusibles» diseñados para fallar que reparar las vigas o columnas, que constituyen el esqueleto del edificio.

5. Más allá de sobrevivir: ¿por qué es importante invertir en protección sísmica?

La implantación de estos sistemas no solo supone una mejora técnica, sino que constituye una inversión estratégica que redefine el concepto de seguridad en un país sísmico. Sus beneficios más relevantes son profundamente humanos.

  • Manteniendo en pie lo esencial: continuidad operativa para infraestructuras críticas, como hospitales, aeropuertos o centros de datos, seguir funcionando durante y después de un seísmo es vital. Un caso emblemático es el del Teaching Hospital of USC en el terremoto de Northridge (1994). Gracias a su aislamiento sísmico, permaneció totalmente operativo, mientras que un hospital cercano de diseño convencional tuvo que ser evacuado y sufrió daños por valor de 400 millones de dólares.
  • Protegiendo más que ladrillos: estos sistemas reducen drásticamente los costes de reparación, pero su verdadero valor radica en proteger aquello que el dinero no siempre puede reemplazar. Salvaguardar equipos médicos de vanguardia, servidores con información crítica, maquinaria industrial o incluso los recuerdos y bienes de una familia es tan importante como proteger el edificio en sí.
  • La ingeniería de la tranquilidad: al ofrecer un rendimiento superior, estas tecnologías responden directamente a la demanda ciudadana de mayor seguridad. Un edificio que se mueve menos y sufre menos daños no solo protege físicamente a sus ocupantes, sino que también les proporciona una sensación de seguridad y tranquilidad invaluable en los momentos de mayor incertidumbre.

En resumen, los sistemas de protección sísmica suponen un cambio de paradigma en ingeniería, ya que responden a la demanda de una sociedad que no se conforma con sobrevivir, sino que exige activamente resiliencia, funcionalidad y la incalculable paz mental en una de las zonas más sísmicas del mundo.

En este audio, se puede escuchar una conversación sobre este tema.

Aquí tenéis un vídeo resumen, que se centra en este problema.

En este otro vídeo se puede ver un ejemplo.

Os dejo este documento que explica bien el tema del que se ha hablado en este artículo.

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

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

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

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

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

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

La vivienda más eficiente está hecha de acero ligero.

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

Esta solución resultó ser superior por varias razones clave:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Referencia

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

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Más allá del coste inicial: cómo elegir la mejor estrategia de refuerzo sísmico con criterios de sostenibilidad

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. Desarrolla un marco de decisión multicriterio que integra análisis del ciclo de vida (económico, ambiental y social) con técnicas avanzadas de decisión en entornos de incertidumbre (DEMATEL, DANP y TOPSIS en entornos difusos). El modelo se ha aplicado a un caso real de refuerzo de pilares de hormigón armado en Quito, una ciudad expuesta a riesgos sísmicos y volcánicos, por lo que los resultados son especialmente relevantes para la práctica profesional. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València, y es fruto de la colaboración con la Universidad Central de Ecuador. A continuación se recoge un resumen sintético del trabajo.

En los últimos años, la ingeniería civil ha tenido que replantear las estrategias de intervención en el patrimonio edificado. En regiones con alta peligrosidad sísmica, es imperioso reforzar las estructuras de hormigón armado construidas conforme a normativas antiguas. La demolición y reconstrucción, aunque técnicamente es posible, tiene un gran impacto ambiental y social, y supone un coste elevado. Por este motivo, la investigación reciente se orienta hacia metodologías que permitan adoptar soluciones integrales que equilibren la seguridad estructural, la sostenibilidad ambiental, la viabilidad económica y la aceptación social.

Un objetivo ambicioso: tomar decisiones informadas y sostenibles.

El objetivo del estudio es proporcionar a los ingenieros un procedimiento para priorizar técnicas de refuerzo sísmico de pilares de hormigón armado que tenga en cuenta de manera simultánea los siguientes aspectos:

  • Costes de ciclo de vida (LCC): diseño, construcción, mantenimiento y demolición.
  • Impactos ambientales (LCA): consumo de recursos, emisiones con efectos sobre la salud humana y daños a los ecosistemas.
  • Impactos sociales (S-LCA): seguridad de los trabajadores, derechos laborales, efectos sobre la comunidad local, compatibilidad arquitectónica y tiempo de interrupción del uso.

Lo novedoso es que estos criterios no se tratan como compartimentos estancos, sino como un sistema interdependiente en el que las decisiones económicas repercuten en lo social y lo ambiental, y viceversa.

La metodología paso a paso

  1. Selección de criterios: se identificaron nueve indicadores distribuidos en tres dimensiones (económica, ambiental y social).
  2. Análisis de relaciones causales (fuzzy DEMATEL): permitió visualizar qué criterios actúan como causa (por ejemplo, el coste de construcción influye en varios indicadores) y cuáles como efecto (por ejemplo, la salud humana se ve afectada por las decisiones ambientales y económicas).
  3. Determinación de pesos relativos (DANP): se asignó importancia a cada criterio teniendo en cuenta esas interdependencias. La dimensión social emergió como la de mayor peso global (44,6%), seguida de la ambiental (32,2%) y la económica (23,1%).
  4. Evaluación de alternativas (TOPSIS): se compararon tres técnicas habituales de refuerzo de pilares:
    • Encamisado con hormigón armado.
    • Encamisado con acero.
    • Revestimiento con CFRP (polímeros reforzados con fibra de carbono).
      Cada una se evaluó en todas las fases del ciclo de vida, desde la extracción de materias primas hasta el final de vida.

Resultados: el CFRP como mejor opción global

El análisis mostró perfiles muy diferenciados:

  • Hormigón armado (RC):
    • Ventaja: la alternativa más barata en coste inicial y en LCC.
    • Inconveniente: presenta los mayores impactos ambientales y sociales, debido al uso intensivo de materiales (cemento y áridos) y a la mayor duración y molestias de obra.
  • Acero (ST):
    • Ventaja: menor impacto social que el hormigón, reducción moderada de impactos ambientales.
    • Inconveniente: costes significativamente más altos, sobre todo en mantenimiento y fin de vida (protecciones contra corrosión, demolición).
  • CFRP:
    • Ventaja: mejor desempeño ambiental (hasta un 81% menos de consumo de recursos respecto al RC) y social (reducción de hasta un 85% en impactos sobre la sociedad). Además, tiempos de ejecución mucho más cortos, con mínima afectación al uso del edificio.
    • Inconveniente: coste inicial muy superior (un 154% más que el RC).
    • Resultado: pese a ese mayor coste inicial, es la alternativa mejor valorada globalmente cuando se consideran los 50 años de vida útil.

La conclusión es clara: el criterio de sostenibilidad a largo plazo favorece el uso del CFRP, aunque su adopción aún depende de la disponibilidad económica y de la madurez del mercado en cada contexto.

Aplicaciones prácticas en la ingeniería real

Para el proyecto de refuerzo de una estructura, este estudio ofrece varias lecciones prácticas:

  • Justificación técnica y económica: el marco permite presentar a clientes y administraciones un análisis riguroso que va más allá del presupuesto inicial, considerando impactos a 50 años.
  • Planificación de obra: la valoración de los tiempos de intervención y la compatibilidad arquitectónica muestra que soluciones como el CFRP pueden reducir notablemente la interrupción de la actividad en edificios de uso crítico (hospitales, colegios, edificios administrativos).
  • Selección de materiales: el análisis evidencia cómo el acero requiere medidas de protección adicionales frente a la corrosión, mientras que el hormigón aumenta considerablemente la huella de carbono. Esto impulsa a considerar materiales compuestos, incluso con su mayor precio, cuando la sostenibilidad y el servicio a la comunidad son prioritarios.
  • Diseño normativo y políticas públicas: al integrar impactos sociales, el modelo puede orientar normativas de rehabilitación sísmica en países con gran stock de edificaciones vulnerables, priorizando soluciones que maximicen beneficios sociales, además de estructurales.

Conclusiones y recomendaciones para la práctica profesional

  1. Mirar más allá del coste inicial: la ingeniería actual debe adoptar un enfoque de ciclo de vida para que las decisiones sean sostenibles y no hipotequen a futuras generaciones.
  2. Dar peso a lo social: en muchos contextos, el impacto en trabajadores y usuarios pesa tanto como la seguridad estructural. Reducir los tiempos de obra y las afecciones al entorno puede ser determinante.
  3. Promover materiales innovadores: el CFRP se posiciona como un referente en refuerzos sísmicos por su durabilidad, bajo impacto ambiental y beneficios sociales.
  4. Aplicar marcos multicriterio: metodologías como la propuesta permiten al ingeniero defender decisiones complejas con base científica y transparencia.
  5. Aprovechar el modelo en la planificación pública: puede guiar programas de rehabilitación masiva en países sísmicamente activos, optimizando recursos y beneficios.

En definitiva, este trabajo no solo aporta un modelo matemático, sino también una forma de pensar y justificar nuestras decisiones como ingenieros civiles. Es un claro ejemplo de cómo la integración de herramientas de análisis avanzado con criterios de sostenibilidad puede transformar la práctica profesional y alinearla con los retos del siglo XXI.

Este audio os puede servir para entender el trabajo realizado.

Os dejo un vídeo que resume este trabajo.

Referencia:

VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). A Hybrid Fuzzy DEMATEL–DANP–TOPSIS Framework for Life Cycle-Based Sustainable Retrofit Decision-Making in Seismic RC Structures. Mathematics, 13(16), 2649. DOI:10.3390/math13162649

Como el artículo está publicado en abierto, os lo dejo para su descarga.

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RESILIFE: Optimización resiliente de estructuras híbridas en condiciones extremas

En este artículo se explica el proyecto RESILIFE, cuyos investigadores principales son Víctor Yepes y Julián Alcalá, de la Universitat Politècnica de València. Se trata de un proyecto de investigación de carácter internacional en el que también colaboran profesores de Brasil, Chile y China. Además, se están realizando varias tesis doctorales de estudiantes de Cuba, Perú, México y Ecuador, así como de estudiantes españoles. A continuación, se describe brevemente el proyecto y se incluye una comunicación reciente donde se explica con más detalle.

El proyecto RESILIFE se centra en optimizar de forma resiliente el ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares para conseguir una alta eficiencia social y medioambiental, especialmente en condiciones extremas. La investigación aborda la necesidad de diseñar, construir y mantener infraestructuras que puedan resistir y recuperarse rápidamente de desastres naturales o provocados por el ser humano, minimizando las pérdidas y el impacto en la sociedad y el medioambiente. Para ello, el estudio propone utilizar inteligencia artificial, metaheurísticas híbridas, aprendizaje profundo y teoría de juegos en un enfoque multicriterio. El objetivo es mejorar la seguridad, reducir costes y optimizar la recuperación, alineándose con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS). La metodología integral incluye el análisis del ciclo de vida, así como la aplicación de lógica neutrosófica y redes bayesianas para la toma de decisiones.

¿Qué problema aborda el proyecto RESILIFE y por qué es urgente?

El proyecto RESILIFE aborda el desafío crítico que supone diseñar y mantener infraestructuras resilientes y sostenibles frente a desastres naturales y provocados por el ser humano. La urgencia es evidente debido a las enormes pérdidas humanas y económicas causadas por estos eventos (más de 1,1 millones de muertes y 1,5 billones de dólares en pérdidas entre 2003 y 2013), lo que subraya la necesidad de estructuras de alto rendimiento que protejan vidas y economías, al tiempo que se alinean con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de las Naciones Unidas. Además, los errores de diseño y construcción, así como la falta de mantenimiento, han demostrado ser causas significativas de colapso estructural, y solo el 50 % de las reparaciones de hormigón resultan efectivas en Europa.

¿Cuál es el objetivo principal de RESILIFE?

El objetivo general del proyecto RESILIFE es optimizar el diseño, el mantenimiento y la reparación de estructuras híbridas y modulares (MMC) de alta eficiencia social y medioambiental para que puedan resistir condiciones extremas. Para ello, se deben abordar problemas complejos de toma de decisiones en los ámbitos público y privado, integrando criterios de sostenibilidad social y medioambiental durante todo el ciclo de vida de las estructuras y teniendo en cuenta la variabilidad e incertidumbre inherentes al mundo real. El objetivo es que estas estructuras sean tan seguras como las tradicionales, pero con una mayor capacidad de recuperación rápida y un menor impacto social y medioambiental.

 

¿Qué tipos de estructuras son el foco de RESILIFE y por qué?

El proyecto se centra en estructuras híbridas (que combinan, por ejemplo, acero y hormigón) y en estructuras basadas en métodos modernos de construcción (MMC), especialmente las modulares. Estas estructuras se han elegido como objeto de estudio debido a su gran potencial para mejorar la resiliencia estructural, la eficiencia en la construcción (al reducir las interrupciones en obra y mejorar el control de calidad) y la sostenibilidad. A pesar de sus ventajas, se han identificado lagunas en la investigación sobre su optimización para eventos extremos y su aplicación en estructuras complejas, aspectos que el proyecto RESILIFE busca subsanar.

¿Qué metodologías innovadoras utiliza RESILIFE para lograr sus objetivos?

RESILIFE emplea un enfoque multidisciplinario e innovador que integra diversas técnicas avanzadas:

¿Cómo aborda RESILIFE la incertidumbre y la variabilidad en el diseño y mantenimiento de estructuras?

El proyecto aborda la incertidumbre y la variabilidad mediante varias estrategias:

  • Análisis de funciones de distribución de eventos extremos: Para el diseño óptimo basado en fiabilidad.
  • Metamodelos y metaheurísticas híbridas basadas en fiabilidad: Permiten manejar la aleatoriedad de los parámetros y asegurar que los proyectos optimizados no sean inviables ante pequeños cambios en las condiciones.
  • Técnicas de decisión multicriterio (lógica neutrosófica y redes bayesianas): Integran aspectos inciertos y criterios subjetivos en la toma de decisiones.
  • Análisis de sensibilidad: De los escenarios presupuestarios y las hipótesis del ciclo de vida para identificar las mejores prácticas.

¿Qué se entiende por «resiliencia» en el contexto de RESILIFE y cómo se cuantifica?

En el contexto de RESILIFE, la resiliencia se define como la capacidad de una estructura para resistir eventos extremos, mantener su funcionalidad o recuperarla rápidamente con reparaciones mínimas tras sufrir daños, y con un bajo coste social y medioambiental. El objetivo es ir más allá de la simple resistencia y centrarse en la capacidad de adaptación y recuperación. El proyecto tiene como objetivo desarrollar procedimientos explícitos para cuantificar la resiliencia de las estructuras e infraestructuras en el contexto de múltiples amenazas, un aspecto que actualmente presenta una laguna en la investigación. Esto incluye tener en cuenta la funcionalidad técnico-socioeconómica y los impactos a lo largo de toda su vida útil.

¿Qué tipo de casos de estudio se aplican en la metodología RESILIFE?

La metodología de RESILIFE se aplica a varios casos de estudio clave:

  • Optimización de pórticos de edificios altos: Con estructura de acero híbrido y hormigón armado, sometidos a un fuerte incremento de temperatura, o ante el fallo completo de soportes para evitar el colapso progresivo.
  • Viviendas sociales prefabricadas en zonas sísmicas: Optimizando su resistencia a acciones extremas y su capacidad de reparación rápida.
  • Mantenimiento y reparación de patologías: Resultantes de eventos extremos en diversas estructuras.
  • Otras estructuras como puentes mixtos y estructuras modulares: Ampliando el alcance más allá de las viviendas. Estos casos de estudio permiten validar la aplicabilidad de las metodologías propuestas en situaciones reales y complejas.

¿Cuáles son las principales contribuciones esperadas de RESILIFE a la ingeniería estructural y la sostenibilidad?

Las principales contribuciones esperadas de RESILIFE son:

  • Desarrollo de soluciones constructivas innovadoras: Como conexiones especiales y estructuras fusibles para aumentar la resiliencia y evitar el colapso progresivo.
  • Formulación de metodologías de participación social: Para integrar criterios objetivos y subjetivos en decisiones multicriterio.
  • Propuesta de técnicas de optimización multiobjetivo avanzadas: Basadas en metaheurísticas híbridas de deep learning, teoría de juegos y fiabilidad.
  • Introducción de nuevas métricas: Que prioricen soluciones resilientes en la frontera de Pareto.
  • Identificación de políticas presupuestarias efectivas: Y definición de buenas prácticas de diseño, reparación y mantenimiento robusto en construcciones MMC y estructuras híbridas.
  • Avances en la modelización y evaluación: De la sostenibilidad a largo plazo y el impacto ambiental de las infraestructuras, contribuyendo a normativas y software de diseño más eficientes.

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Glosario de términos clave

  • Resiliencia (estructural): Capacidad de una estructura para absorber, resistir, adaptarse y recuperarse de un evento extremo, manteniendo o recuperando su funcionalidad rápidamente y con costes mínimos.
  • Estructuras híbridas: Estructuras que combinan dos o más materiales estructurales diferentes, como acero y hormigón, para optimizar sus propiedades y rendimiento.
  • Estructuras modulares: Estructuras compuestas por unidades o módulos prefabricados que se ensamblan en el lugar de la construcción, ofreciendo ventajas en velocidad de construcción y control de calidad.
  • Eventos extremos: Desastres naturales (terremotos, tsunamis, inundaciones) o provocados por humanos (explosiones, impactos) que causan daños significativos a las estructuras y la sociedad.
  • Optimización del ciclo de vida: Proceso de diseño, construcción, mantenimiento y reparación de una estructura, considerando su impacto total (económico, social, ambiental) a lo largo de toda su vida útil.
  • Sostenibilidad: Principio que busca satisfacer las necesidades actuales sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades, integrando aspectos ambientales, sociales y económicos.
  • Inteligencia artificial (IA): Campo de la informática que dota a las máquinas de la capacidad de aprender, razonar y resolver problemas, utilizada aquí para evaluar y mejorar la resiliencia.
  • Metaheurísticas híbridas: Algoritmos de optimización que combinan diferentes técnicas heurísticas o metaheurísticas para encontrar soluciones eficientes a problemas complejos, especialmente en la optimización multiobjetivo.
  • Aprendizaje profundo (Deep Learning – DL): Subcampo del aprendizaje automático que utiliza redes neuronales artificiales con múltiples capas para aprender representaciones de datos, aplicado para mejorar la toma de decisiones y reducir tiempos de cálculo.
  • Teoría de juegos: Rama de las matemáticas que estudia las interacciones estratégicas entre agentes racionales, aplicada en la optimización multiobjetivo para el diseño de estructuras.
  • Lógica neutrosófica: Marco matemático para tratar la indeterminación y la inconsistencia, utilizado en la toma de decisiones multicriterio para manejar la incertidumbre.
  • Redes bayesianas: Modelos gráficos probabilísticos que representan relaciones de dependencia condicional entre variables, empleadas en el análisis multicriterio y la gestión de incertidumbre.
  • Colapso progresivo: Fenómeno en el cual un daño inicial localizado en una estructura se propaga a otras partes, llevando al colapso desproporcionado de una gran porción o de toda la estructura.
  • Modern Methods of Construction (MMC): Métodos de construcción modernos que incluyen tecnologías de prefabricación, construcción modular e impresión 3D, buscando mayor eficiencia y control de calidad.
  • BIM (Building Information Modeling / Modelos de Información en la Construcción): Proceso de creación y gestión de un modelo digital de un edificio o infraestructura, que facilita la integración del proyecto estructural y la toma de decisiones a lo largo del ciclo de vida.
  • Metamodelo (o modelo subrogado): Modelo simplificado de un sistema complejo que permite realizar cálculos más rápidos y eficientes, crucial para reducir los tiempos de computación en la optimización.
  • Diseño óptimo basado en fiabilidad: Enfoque de diseño que considera la probabilidad de fallo y las incertidumbres inherentes para optimizar las estructuras, garantizando un nivel de seguridad predefinido.
  • Frontera de Pareto: Conjunto de soluciones óptimas en problemas de optimización multiobjetivo, donde ninguna de las funciones objetivo puede mejorarse sin degradar al menos otra función objetivo.

Agradecimientos:

Grant PID2023-150003OB-I00 funded by MCIN/AEI/10.13039/501100011033, and the European Regional Development Fund (ERDF), a program of the European Union (EU).

Orígenes del estudio de la vibración: de la música a la ciencia

Representación medieval de Pitágoras evaluando las consonancias perfectas regidas por relaciones matemáticas simples. https://bustena.wordpress.com/2013/09/16/la-sombra-de-pitagoras-armonia-composicion-ciencia-y-religion-en-la-musica-medieval/

Desde tiempos remotos, la humanidad ha observado y utilizado los fenómenos naturales para crear herramientas, expresar emociones y generar conocimiento. Uno de estos fenómenos, la vibración, ha estado presente en aspectos tan diversos como la música, la detección de terremotos, la ingeniería y la arquitectura.

En términos sencillos, una vibración consiste en el movimiento repetido de un objeto alrededor de una posición de equilibrio. Esa posición de equilibrio es el lugar al que tiende a volver el objeto cuando no actúa sobre él ninguna fuerza. Cuando todo el objeto se mueve al mismo tiempo y en la misma dirección, se habla de vibración de cuerpo entero. En este caso, todas sus partes oscilan juntas sin moverse de forma independiente.

Este artículo repasa de forma cronológica y accesible cómo distintas civilizaciones abordaron el estudio de la vibración, desde la intuición musical hasta los primeros intentos científicos de comprender el sonido y el movimiento. Este viaje histórico nos muestra cómo una misma pregunta puede tener múltiples respuestas a lo largo del tiempo y de las culturas.

El interés del ser humano por la vibración es tan antiguo como la propia civilización. De hecho, el primer contacto del ser humano con este fenómeno probablemente se produjo a través del sonido, cuando nuestros antepasados comenzaron a crear instrumentos musicales rudimentarios, como silbatos y tambores. Desde entonces, músicos, artesanos y pensadores han tratado de entender las reglas que hay detrás de la producción del sonido, han perfeccionado los instrumentos y han transmitido su conocimiento de generación en generación.

La vibración en las culturas antiguas

Hacia el año 4000 a. C., la música ocupaba un lugar destacado en civilizaciones como la china, la hindú, la japonesa y la egipcia. Estos pueblos seguían ciertas reglas musicales empíricas, aunque su conocimiento todavía no podía considerarse científico.

En el antiguo Egipto, por ejemplo, el arco del cazador, un arma común en sus ejércitos, pudo inspirar la creación de instrumentos de cuerda. Entre estos instrumentos, destaca la nanga, un arpa primitiva de tres o cuatro cuerdas, cada una de las cuales producía una sola nota. Un ejemplar de este tipo, fechado en torno al año 1500 a. C., se conserva en el Museo Británico. También se han encontrado en tumbas egipcias de alrededor del 3000 a. C. representaciones de arpas de hasta 11 cuerdas, lo que demuestra un nivel notable de sofisticación.

Una de las piezas más impresionantes es un arpa decorada en oro con una caja de resonancia en forma de cabeza de toro hallada en una tumba real de Ur (Mesopotamia) que data aproximadamente del año 2600 a. C.

La Grecia clásica: primeros pasos hacia la ciencia del sonido

Nuestro sistema musical actual tiene sus raíces en la antigua Grecia. Allí se inició el estudio sistemático del sonido, en particular del sonido musical. El filósofo y matemático Pitágoras (582-507 a. C.) fue probablemente el primero en abordar este fenómeno desde una perspectiva científica.

Mediante un instrumento denominado monocordio, Pitágoras llevó a cabo experimentos que pusieron de manifiesto la existencia de relaciones entre la longitud de una cuerda y el tono que produce. Por ejemplo, descubrió que, si dos cuerdas están sometidas a la misma tensión, la más corta emite un sonido más agudo. Además, descubrió que si una cuerda tiene la mitad de la longitud de otra, produce un sonido una octava más agudo. Aunque Pitágoras no dejó escritos sobre sus experimentos, sus ideas han sido transmitidas por otros autores.

Monocordio básico —diapasón—. https://es.wikipedia.org/wiki/Monocordio

Hacia el 350 a. C., Aristóteles escribió tratados sobre la música y el sonido, incluyendo observaciones cualitativas como «La voz es más dulce que el sonido de los instrumentos». Poco después, Aristógenes, uno de sus alumnos, redactó Elementos de armonía, una obra en tres volúmenes que es quizá el tratado musical más antiguo que se conserva y que fue escrito por un músico-investigador. Por su parte, Euclides abordó brevemente el tema musical en Introducción a la armonía, aunque sin hacer referencia a la física del sonido.

A pesar del prometedor inicio, los griegos no avanzaron más allá en la comprensión científica de las vibraciones.

Los romanos y el largo silencio

Los romanos heredaron la mayor parte de sus conocimientos musicales de los griegos. La notable excepción fue el arquitecto del siglo I a. C. Vitruvio, quien escribió sobre la acústica de los teatros en su obra De Architectura Libri Decem (Diez libros sobre arquitectura). Este tratado se perdió durante siglos y no fue redescubierto hasta el Renacimiento. Aparte de él, no se produjeron avances significativos en la teoría del sonido ni de la vibración durante los 16 siglos siguientes.

China y el nacimiento de la detección sísmica

Al mismo tiempo que en el mundo grecorromano, en la antigua China se mostró un interés temprano por los fenómenos vibratorios relacionados con los movimientos sísmicos. De hecho, los primeros detectores de movimiento de los que se tiene constancia provienen de esta civilización.

En el año 132 d. C., el astrónomo e historiador chino Zhang Heng inventó el primer sismógrafo de la historia. Este ingenioso dispositivo, fabricado en bronce fundido, tenía forma de jarra de vino y medía aproximadamente 1,9 metros de diámetro. En su interior albergaba un péndulo central rodeado por un sistema de ocho palancas dispuestas en direcciones cardinales.

Réplica del detector de terremotos de Zhāng Héng. https://es.wikipedia.org/wiki/Zhang_Heng

En el exterior, el aparato tenía ocho figuras de dragones, cada una con una esfera de bronce en la boca. Debajo de cada dragón había una rana de metal con la boca abierta. Cuando se producía un terremoto, incluso uno muy leve, el péndulo interno se desplazaba en la dirección de la onda sísmica, activando una de las palancas. Esta hacía que la boca del dragón correspondiente se abriera y liberara la esfera, que caía en la rana con un sonido metálico. De este modo, el dispositivo no solo detectaba la ocurrencia del seísmo, sino que también indicaba con precisión la dirección de propagación del movimiento. Este invento de Zhang Heng no solo es considerado el primer sismógrafo funcional, sino también uno de los primeros ejemplos del uso ingenieril del fenómeno de la vibración.

Hacia una comprensión científica: Galileo y la frecuencia

Aunque Pitágoras había dado los primeros pasos, la verdadera comprensión de la relación entre tono y frecuencia tuvo que esperar muchos siglos. Galileo Galilei dio el salto decisivo en el siglo XVI al vincular científicamente la vibración con el sonido audible. A partir de entonces, el estudio de las vibraciones se consolidó como un campo fundamental dentro de la física y la ingeniería, con aplicaciones que abarcan desde la música hasta la detección de terremotos y el diseño de estructuras resistentes. Pero eso ya lo trataremos en futuros artículos.

Referencia:

Rao, S. S., García, D. S., Figueroa, R. R., & Muñoz, G. D. V. D. (2012). Vibraciones mecánicas (Vol. 776). Pearson educación.

Robustez estructural y colapso progresivo: claves para entender y proteger nuestras construcciones

Colapso de una torre de viviendas en Ronan Point (Reino Unido). By Derek Voller, CC BY-SA 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=59931718

La robustez estructural es la cualidad que permite a un edificio o puente soportar eventos inesperados —un fallo aislado, un impacto, una explosión—sin que ello provoque un colapso generalizado. Con el fin de aclarar el tema, se plantea la siguiente hipótesis: ¿qué ocurriría si un edificio perdiera de forma repentina uno de sus pilares portantes? En caso de que el diseño del edificio sea adecuado, las cargas que anteriormente transmitía dicho pilar se distribuirán de manera alternativa entre los elementos restantes, evitando así su colapso total. La capacidad de «resistir a contracorriente» ante situaciones inusuales se denomina robustez, constituyendo una línea de defensa fundamental para garantizar la seguridad de las personas y la continuidad del uso de la infraestructura.

El concepto puede resultar abstracto, pero es suficiente con considerar ejemplos dramáticos del pasado: en 1968, el colapso de una torre de viviendas en Ronan Point (Reino Unido) se originó por la explosión de una bombona de gas en un piso. Un fallo local aparentemente limitado desencadenó la caída de varias plantas, debido a la falta de mecanismos suficientes para redirigir las cargas. Por el contrario, un diseño sólido y bien fundamentado prevé esa posibilidad y mantiene la estructura del edificio en pie incluso tras el daño inicial, minimizando el número de víctimas y la magnitud del desastre.

Dentro de la robustez, se identifican diversas cualidades fundamentales. La redundancia implica disponer de múltiples vías para garantizar la llegada de las cargas al terreno. En caso de una interrupción en una de las vías, las demás están preparadas para asumir la carga de inmediato. La ductilidad se define como la capacidad de los materiales —como el acero, el hormigón armado o la madera— para deformarse sin quebrarse bruscamente. Esta «flexibilidad» les permite absorber la energía generada por impactos o terremotos, evitando así roturas instantáneas. La integridad estructural se define como la continuidad de todos los elementos conectados, de modo que las vigas, columnas y losas formen un conjunto que trabaje armónicamente y no se separe ante un esfuerzo puntual.

El colapso progresivo es un proceso en el que un fallo inicial genera otros a su alrededor, extendiéndose como una fiebre que consume toda la estructura. Analogía: el desplome de la primera ficha de dominó puede desencadenar la caída de todas las demás. En el ámbito de la ingeniería estructural, se busca evitar dicha reacción en cadena. Para ello, se implementan técnicas de «atado» o «conexión reforzada», mediante las cuales se une las vigas y columnas con armaduras continuas o refuerzos en puntos críticos. De esta manera, en caso de que falte un elemento, el resto del sistema no se ve comprometido.

En el ámbito de la ingeniería, la incorporación de la robustez en los proyectos se aborda mediante diversas estrategias. Una de las metodologías más eficaces consiste en anticipar los posibles escenarios de daño, tales como impactos de vehículos, explosiones accidentales o errores de construcción. Posteriormente, se verifica mediante modelos simplificados que la estructura mantiene su estabilidad incluso cuando falta un pilar o una viga. Otra estrategia prescriptiva consiste en el refuerzo de elementos clave, tales como las columnas exteriores o los núcleos de las escaleras, mediante la incorporación de armaduras o perfiles metálicos de mayor sección, a fin de actuar como «pilares de reserva» que soporten las cargas críticas.

La normativa europea, establecida en los Eurocódigos, ha establecido durante años la exigencia de que los edificios posean la capacidad de resistir sin colapsar de manera desproporcionada ante acciones accidentales. Es importante destacar que esta medida no implica tener que afrontar situaciones de alto riesgo, como bombardeos o terremotos de gran intensidad. En cambio, se refiere a la capacidad del edificio para resistir eventos menos probables pero potencialmente significativos, como la explosión de una tubería de gas o el choque de un camión contra un pilar. Para ello, se establecen diversos niveles de severidad del daño y se implementan criterios de diseño más o menos rigurosos, en función del riesgo para las personas y el entorno.

En la práctica, estos requisitos se traducen en aspectos constructivos específicos, tales como la unión de las vigas de forjado a las vigas principales y a los muros de cerramiento, la instalación de estribos continuos en las columnas para mejorar su comportamiento ante daños localizados o la previsión de refuerzos metálicos en los puntos de unión más expuestos. Asimismo, se recomienda el empleo de materiales con suficiente ductilidad, como aceros estructurales de alta deformabilidad, y técnicas de construcción que garanticen conexiones firmes, tales como soldaduras completas, atornillados de alta resistencia o conectores especiales en estructuras de madera.

Estos principios, además de aplicarse a la obra nueva, también se emplean en el refuerzo de edificios existentes. En el proceso de rehabilitación de estructuras antiguas, con frecuencia se implementa la adición de pórticos metálicos interiores o el refuerzo de las conexiones de hormigón armado con fibras de carbono, con el propósito de incrementar la ductilidad. En el caso de los puentes, se instalan amortiguadores o cables adicionales que permitan la redistribución de esfuerzos en caso de rotura de un tirante. El objetivo principal es la integración de elementos de seguridad en el sistema portante.

En resumen, la robustez estructural es un enfoque global que integra el diseño conceptual, el análisis de riesgos, la definición de escenarios y los detalles constructivos, con el objetivo de evitar que un fallo puntual derive en un colapso mayor. Es imperativo comprender el colapso progresivo y aplicar medidas de redundancia, ductilidad e integridad —junto a estrategias prescriptivas y de análisis directo—. De esta manera, nuestros edificios y puentes se convierten en sistemas más seguros, preparados para afrontar lo imprevisto y reducir al máximo las consecuencias de cualquier incidente.

Tómese un momento para consultar el siguiente texto, que contiene información adicional relevante para su referencia. El presente informe, elaborado por la EU Science Hub, en consonancia con los Eurocódigos, aborda el tema de la resistencia estructural, con el propósito de prevenir colapsos progresivos y desproporcionados en estructuras tales como edificios y puentes. Por favor, proceda a analizar las directrices de diseño vigentes en Europa y en otros países, identificando fortalezas y debilidades de las normativas actuales. El documento propone nuevas estrategias de diseño, como métodos mejorados de fuerza de atado horizontal y consideraciones sobre rutas de carga alternativas, y aborda la importancia de tener en cuenta el envejecimiento, el deterioro y el diseño multirriesgo. Se presentan ejemplos ilustrativos de aplicación a diversas estructuras.

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Glosario de términos clave

  • Robustez (estructural): Capacidad o propiedad de un sistema para evitar una variación desproporcionada del rendimiento estructural (rendimiento del sistema) con respecto al daño correspondiente (perturbación del sistema).
  • Vulnerabilidad: Describe el grado de susceptibilidad de un sistema estructural a alcanzar un determinado nivel de consecuencias ante un evento peligroso dado.
  • Daño admisible (damage tolerance): Capacidad de un sistema estructural para soportar un determinado nivel de daño sin perder el equilibrio con las cargas aplicadas.
  • Continuidad: Conexión continua de los miembros de un sistema estructural.
  • Ductilidad: Capacidad de un sistema estructural para soportar las cargas aplicadas disipando energía plástica.
  • Integridad: Condición de un sistema estructural para permitir la transferencia de fuerzas entre los miembros en caso de eventos accidentales.
  • Incertidumbres: Estado de información deficiente, por ejemplo, relacionada con la comprensión o el conocimiento de un evento, su consecuencia o probabilidad.
  • Probabilidad: Expresión matemática del grado de confianza en una predicción.
  • Fiabilidad (reliability): Medida probabilística de la capacidad de un sistema estructural para cumplir con requisitos de diseño específicos. La fiabilidad se expresa comúnmente como el complemento de la probabilidad de falla.
  • Seguridad estructural: Calidad de un sistema estructural, referida a la resistencia, estabilidad e integridad de una estructura para soportar los peligros a los que es probable que esté expuesta durante su vida útil.
  • Riesgo: Una medida de la combinación (generalmente el producto) de la probabilidad o frecuencia de ocurrencia de un peligro definido y la magnitud de las consecuencias de la ocurrencia.
  • Redundancia: La capacidad del sistema para redistribuir la carga que ya no puede soportar algunos elementos dañados y/o deteriorados entre sus miembros.
  • Peligro: Amenaza excepcionalmente inusual y severa, por ejemplo, una posible acción anormal o influencia ambiental, resistencia o rigidez insuficiente, o desviación perjudicial excesiva de las dimensiones previstas.
  • Escenario peligroso: Serie de situaciones, transitorias en el tiempo, que un sistema podría experimentar y que pueden poner en peligro el propio sistema, a las personas y al medio ambiente.
  • Consecuencias del fallo: Los resultados o impactos de un fallo estructural pueden ser directos (daño a elementos afectados directamente) o indirectos (fallo parcial o total del sistema subsiguiente).
  • Análisis por presión-impulso (pressure–impulse analysis): Método utilizado para evaluar el rendimiento y el daño de elementos estructurales individuales bajo carga dinámica, definido por curvas iso-daño que relacionan la presión y el impulso.
  • Capacidad de diseño (capacity design): Un principio de diseño sísmico que establece una jerarquía de resistencias de los miembros para garantizar que las rótulas plásticas se formen en las ubicaciones deseadas, típicamente en las vigas en lugar de en las columnas (regla columna débil-viga fuerte – SCWB).
  • Factor de robustez R(𝜌, Δ): Un factor propuesto para cuantificar la robustez estructural, que relaciona el indicador de rendimiento residual (𝜌) con el índice de daño (Δ), a menudo mediante un parámetro de forma (𝛼).
  • Atados (ties): Elementos o disposiciones utilizados en el diseño estructural para proporcionar resistencia a la tracción y mejorar la robustez, especialmente en caso de pérdida de un elemento vertical de soporte de carga. Pueden ser horizontales o verticales.

Referencias:

MAKOOND, N.; SETIAWAN, A.; BUITRAGO, M., ADAM, J.M. (2024). Arresting failure propagation in buildings through collapse isolation. Nature 629, 592–596 (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07268-5

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487

Rehabilitación de vigas de hormigón armado deficientes a cortante en zonas sísmicas

Acaban de publicar nuestro artículo en la revista Applied Sciences, indexada en Q1 del JCR. El estudio desarrolla una metodología integral para seleccionar estrategias de rehabilitación sísmica en vigas de hormigón armado con deficiencias a cortante.

Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal, junto con el profesor Julián Alcalá, en la Universitat Politècnica de València.  A continuación, explicamos brevemente el contenido del artículo que podéis descargar gratuitamente.

Se analizan cinco alternativas de refuerzo: encamisado de hormigón (CJ), encamisado con hormigón proyectado (SCJ), encamisado de acero adherido con resina epoxi (STE), encamisado de acero anclado mecánicamente (STA) y refuerzo con fibra de carbono (CFRP). Estas soluciones se evalúan mediante un análisis del ciclo de vida (LCA), que incorpora dimensiones económicas, ambientales, sociales y funcionales.

Entre las principales contribuciones del artículo, destaca la aplicación combinada de métodos de toma de decisiones multicriterio (MCDM), como EDAS, MABAC, CODAS y MARCOS, que permiten jerarquizar las alternativas basándose en criterios cuantificables. Para la ponderación de criterios se utilizó el Best-Worst Method (BWM), lo que garantiza la consistencia en la toma de decisiones. Los resultados indican que los refuerzos con CFRP y STE presentan ventajas significativas en términos de impacto ambiental y social, además de menores tiempos de ejecución y menor impacto arquitectónico. Por otro lado, las soluciones de hormigón presentan un mayor impacto ambiental y social debido al volumen de material necesario y a la duración del proceso constructivo.

El análisis del ciclo de vida muestra que la fase de construcción representa, de media, el 82 % de los costes totales de rehabilitación. El SCJ es la opción más económica, con una reducción del 45 % en los costes respecto al CJ. En contraste, el CFRP presenta el coste más alto, superando ligeramente al CJ. El STE y el STA requieren un mayor coste de mantenimiento debido a la necesidad de aplicar recubrimientos anticorrosivos y protección contra incendios. En cuanto al fin de vida, las soluciones basadas en hormigón presentan costes significativamente más altos debido a la necesidad de trituración y transporte a plantas de reciclaje.

En la evaluación ambiental, los impactos en las categorías de ecosistemas, salud humana y recursos son menores en las alternativas basadas en acero y CFRP, con una reducción del 77 % y 59 %, respectivamente, en el impacto ambiental total en comparación con el CJ. El SCJ logra una reducción del 19 % en impacto ambiental, mientras que el STE y el STA alcanzan reducciones de hasta el 62 % y el 77 %, respectivamente. A nivel social, el CJ presenta los mayores impactos, mientras que el STA obtiene la menor afectación, con una reducción del 75 % respecto al CJ.

La evaluación funcional indica que CJ y SCJ presentan los tiempos de ejecución más largos y un mayor impacto arquitectónico. Por el contrario, los materiales CFRP y STE destacan por su rapidez de instalación y por no alterar la estructura original. En general, el CFRP es la mejor alternativa si se tienen en cuenta los criterios económicos, ambientales, sociales y funcionales.

Se sugiere explorar materiales innovadores, como morteros reforzados con fibras o combinaciones de refuerzos híbridos, para mejorar la eficiencia estructural y la sostenibilidad de las intervenciones. Además, se podría analizar la integración de refuerzos activos, como tendones externos pretensados, para aumentar la capacidad sísmica. También se recomienda ampliar el análisis a otros elementos estructurales, como columnas y conexiones viga-columna, para evaluar la efectividad de estos refuerzos en estructuras completas.

Otro aspecto relevante para futuras investigaciones es mejorar la aplicación de la MCDM, integrando enfoques que gestionen la incertidumbre en la opinión de los expertos y teniendo en cuenta la interacción entre los criterios. Se podrían incorporar modelos de optimización basados en inteligencia artificial para mejorar la precisión en la selección de alternativas.

El estudio aporta una metodología replicable para evaluar estrategias de rehabilitación sísmica de vigas de hormigón armado con deficiencias a cortante. Su análisis del ciclo de vida confirma la relevancia de tener en cuenta el impacto económico, medioambiental y social a la hora de seleccionar la alternativa óptima. El uso combinado de BWM y MCDM demuestra su utilidad para abordar problemas de decisión complejos en ingeniería civil. En resumen, los resultados respaldan la necesidad de seguir investigando soluciones más eficientes y sostenibles en el campo de la rehabilitación estructural.

Referencia:

VILLALBA, P.; GUAYGUA, B.; YEPES, V. (2025). Optimal seismic retrofit alternative for shear deficient RC beams: a multiple criteria decision-making approach. Applied Sciences, 15(5):2424. DOI:10.3390/app15052424

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Algunas cimentaciones en torres y rascacielos icónicos asiáticos

Taipéi 101. Taipéi, Taiwán (2004).

De Alton.arts de Wikipedia en inglés, CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3525962

El Taipei 101 es un rascacielos en Taipéi (Taiwán) con 106 plantas, 101 sobre el suelo y 5 subterráneas. Fue el edificio más alto del mundo entre 2003 y 2010, con una altura de 508 m, cuando fue superado por el Burj Khalifa. Es también uno de los rascacielos ecológicos más altos del mundo.

Diseñado por C.Y. Lee & Partners, la construcción principal estuvo a cargo de KTRT Joint Venture y Kumagai Gumi, mientras que Samsung C&T se encargó del interiorismo. Comenzado en 1999 y terminado en 2004, su coste fue de unos 1.760 millones de dólares. Su diseño, inspirado en elementos chinos y basado en feng shui, busca proteger a los inquilinos de influencias negativas. El edificio cuenta con muros de vidrio azul verdoso que bloquean el calor externo en un 50%, y su iluminación cambia para celebrar eventos.

Puede soportar terremotos de hasta 7 grados en la escala de Richter y vientos superiores a 450 km/h. Su capacidad de absorción de movimiento se debe a un amortiguador de masa, una bola dorada de acero de 680 toneladas en la planta 92, suspendida con tensores y sujeta con bombas hidráulicas. Este amortiguador, el más grande y pesado del mundo, contrarresta el movimiento del edificio, estabilizándolo al absorber la energía de las vibraciones. Está dividido en 8 segmentos de 8 plantas y es el único visible para el público. Además, 8 grandes columnas de hormigón armado y acero lo sujetan hasta el piso 26, mientras otras 32 columnas llegan hasta la planta 62. Las esquinas chaflanadas reducen la fuerza del viento, y una malla de acero forma un cinturón que estrecha la base hasta el piso 34.

Las megacolumnas descansan sobre una placa sólida cuyo espesor varía entre 3,0 y 4,7 m, con un volumen total de 28.100 m³ de hormigón de 41 MPa. Dada la alta sismicidad de la zona y la considerable altura del edificio, se desarrolló una cimentación compuesta por 380 pilotes clavados a 80 m en el suelo, que se extienden hasta 30 m en el lecho de roca. Cada pilote tiene 1,5 m de diámetro y puede soportar una carga de 1000 a 1320 toneladas. La estructura ya ha soportado un seísmo de 6,8 en la escala de Richter.

Torres Petronas. Kuala Lumpur, Malasia (1998).

De Morio – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9974688

Las Torres Petronas, en Kuala Lumpur, Malasia, fueron los edificios más altos del mundo entre 1998 y 2003, hasta ser superados por el Taipei 101. Actualmente, son las torres gemelas más altas. Con 452 metros de altura y 88 pisos de hormigón, acero y vidrio, son un símbolo de Kuala Lumpur y Malasia.

Diseñadas por el arquitecto argentino César Pelli y finalizadas en 1998, las Torres Petronas tienen 88 pisos de hormigón, acero, aluminio y vidrio. Su diseño, inspirado en el arte islámico, rinde homenaje a la herencia musulmana de Malasia. La base, originalmente en forma de Estrella de Salomón, presenta un diseño geométrico islámico con dos cuadrados entrelazados y salientes lóbulos de refuerzo, creando una estrella de ocho puntas con círculos en cada intersección. La construcción comenzó en 1992.

Las Torres Petronas son dos rascacielos gemelos de 452 m de altura y 88 plantas. La estructura está compuesta por un núcleo y pilares de hormigón. Se descartó la estructura metálica debido a la falta de disposición de los constructores malayos para trabajar con acero y la necesidad de minimizar las vibraciones en las partes superiores de las torres.

Antes de comenzar la construcción, fue necesario cambiar el emplazamiento de los edificios 60 m para encontrar un suelo adecuado sobre el que pudieran asentarse los pilotes de 120 m de profundidad, que llegaban hasta la roca firme, permitiendo así crear una losa de hormigón que imitara una base sólida. Durante la cimentación, las lluvias constantes provocaron dificultades, por lo que fue necesario cubrir la zona con una gran carpa, similar a una «sombrilla», que equivalía a 57 carpas de circo.

Burj Khalifa, Dubái, Emiratos Árabes Unidos (2010).

De Alex Azabache –  https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=95952113

El Burj Khalifa es un rascacielos neofuturista en Dubái, Emiratos Árabes Unidos. Con 829,8 m de altura total y 828 m hasta el tejado, es la estructura más alta del mundo desde 2009, superando al Taipei 101.

El diseño se inspira en la arquitectura islámica, como la Gran Mezquita de Samarra. Su planta en Y optimiza el espacio residencial y hotelero. Un núcleo central y alas soportan la altura, albergando los transportes verticales, excepto las escaleras de evacuación. El revestimiento resiste el calor de Dubái. Tiene 57 ascensores y 8 escaleras mecánicas.

Skidmore, Owings & Merrill diseñó la torre, con Adrian Smith como arquitecto y Bill Baker como ingeniero. Hyder Consulting supervisó la ingeniería, NORR Group la arquitectura, y Samsung C&T fue el contratista principal junto a BESIX y Arabtec.

La construcción comenzó el 12 de enero de 2004 y el exterior se completó el 1 de octubre de 2009. Se inauguró el 4 de enero de 2010 como parte del desarrollo de 2 km² en el centro de Dubái, cerca del distrito comercial. Los primeros 586 m están construidos con hormigón armado y la parte superior es de acero. Se inauguró en 2010 como parte del desarrollo Downtown Dubai, diseñado como pieza central de un proyecto de uso mixto.

La cimentación de este edificio es la mayor jamás construida. Se basa en estudios geotécnicos y sísmicos: una losa de hormigón armado de 110.000 toneladas, de 3,7 m de grosor y 12.500 m³, soporta la estructura. A su vez, esta losa descansa sobre 192 pilotes de 1,5 m de diámetro, colocados a una profundidad de 50 m. Estos pilotes están distribuidos en forma de Y, y se conectan a la losa de cimentación.

Cursos:

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

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

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Edificios modulares de acero: una opción sostenible y resistente en zonas sísmicas

Un estudio reciente, titulado «Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings» y publicado en la prestigiosa revista Heliyon, ha evaluado los beneficios de los edificios modulares prefabricados (PVMB) diseñados para resistir terremotos.

La investigación, liderada por expertos de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Central del Ecuador, se llevó a cabo en el marco del proyecto RESILIFE y comparó cuatro sistemas estructurales, tres de ellos basados en tecnología modular (dos de hormigón armado y uno de acero), y un sistema convencional de hormigón armado in situ, en una zona de alto riesgo sísmico.

El análisis tuvo en cuenta tanto los impactos económicos como ambientales a lo largo de todo el ciclo de vida de los edificios, desde la fabricación hasta la fase final de demolición.

 

Contexto del estudio

El sector de la construcción es responsable de una parte importante del consumo de recursos y de las emisiones de gases de efecto invernadero a nivel global. Dado que el crecimiento poblacional y la demanda de infraestructuras siguen aumentando, las tecnologías como los edificios modulares prefabricados ofrecen una alternativa innovadora para reducir el impacto ambiental. Estos sistemas, que permiten construir fuera del emplazamiento y ensamblar los módulos en la obra, prometen reducir los tiempos y los costes de construcción en un 50 % y un 30 %, respectivamente, lo que los convierte en una opción atractiva en términos de sostenibilidad y eficiencia.

Sin embargo, la adopción de estas tecnologías en áreas sísmicas aún se enfrenta a barreras, principalmente por la necesidad de demostrar su capacidad para resistir cargas sísmicas y por la percepción de altos costes iniciales. Por ello, el estudio se centró en realizar un análisis integral de la vida útil para cuantificar estos beneficios y compararlos con las técnicas de construcción convencionales.

Metodología

El estudio evaluó un hospital de cuatro pisos situado en Quito, Ecuador, una región con un alto nivel de actividad sísmica debido a la presencia de dos fuentes principales de terremotos: una zona de subducción y un sistema de fallas activas. Se evaluaron cuatro soluciones estructurales:

  1. Un sistema convencional de hormigón armado construido in situ.
  2. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones húmedas (prefabricación con ensamblaje mediante hormigonado en obra).
  3. Un sistema modular de hormigón armado con conexiones secas (ensamblaje mediante pernos y juntas metálicas).
  4. Un sistema modular de acero.

El análisis abarcó las etapas de fabricación, construcción, uso y fin de vida, y evaluó tanto el impacto ambiental como el coste económico. Para ello, se utilizaron indicadores como la cantidad de materiales empleados, las emisiones de gases de efecto invernadero y los costes asociados a cada etapa, desde la producción de los módulos hasta su mantenimiento y demolición.

Resultados principales

Los resultados revelaron que, aunque el sistema modular de acero es el más costoso en términos de construcción inicial (un 60 % más caro que el sistema convencional), presenta los mejores resultados en términos de sostenibilidad. Este sistema mostró una reducción significativa en los impactos ambientales, con una disminución del 43 % en las emisiones de gases de efecto invernadero en comparación con el sistema tradicional de hormigón. Además, los ciclos de mantenimiento fueron menores, lo que implica una mayor durabilidad y menos intervenciones durante su vida útil.

Por otro lado, las alternativas de hormigón modular, si bien también ofrecían beneficios en cuanto a reducción del tiempo de construcción, presentaban mayores impactos ambientales debido al uso intensivo de hormigón y acero de refuerzo. De hecho, el sistema modular con conexiones húmedas resultó ser el menos favorable desde el punto de vista ambiental, con un impacto un 52 % mayor que el sistema convencional.

Implicaciones del estudio

Este trabajo tiene importantes implicaciones para la construcción en zonas sísmicas. Los autores sugieren que los métodos de construcción modulares no solo son viables desde el punto de vista técnico, sino también en términos de sostenibilidad ambiental, siempre y cuando se adopten las soluciones más eficientes, como el uso de estructuras de acero. Aunque los sistemas modulares de acero son más caros, ofrecen ventajas claras en cuanto a durabilidad, menor impacto ambiental y reducción de los costos de mantenimiento a lo largo de su vida útil.

El estudio también pone de relieve la importancia de evaluar no solo los costes iniciales de construcción, sino todo el ciclo de vida de las infraestructuras. Las decisiones basadas únicamente en el precio de construcción pueden dar como resultado infraestructuras menos sostenibles a largo plazo, mientras que un enfoque integral, que tenga en cuenta el impacto ambiental y los costes futuros, puede conducir a mejores decisiones tanto para el medio ambiente como para la economía.

Conclusiones

En resumen, este estudio aporta valiosas evidencias a favor del uso de edificios modulares prefabricados, especialmente en zonas de alto riesgo sísmico. Los resultados indican que el uso de sistemas modulares de acero puede ser clave para mejorar la sostenibilidad de las infraestructuras, reducir las emisiones y asegurar una mayor durabilidad de los edificios. Las conclusiones de esta investigación son relevantes no solo para el ámbito académico, sino también para los responsables de las políticas públicas y los profesionales de la construcción que buscan soluciones más sostenibles y eficientes para las ciudades del futuro.

Referencia:

GUAYGUA, B.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). Life cycle assessment of seismic resistant prefabricated modular buildings. Heliyon, 10(20), e39458. DOI:10.1016/j.heliyon.2024.e39458

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Evaluación de alternativas para la rehabilitación de pilares de hormigón armado en zona sísmica

Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Cleaner Production, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando, el recrecimiento de la sección de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono. El estudio destaca la importancia de tener en cuenta todas las etapas en la evaluación del ciclo de vida a la hora de rehabilitar edificios, incluidas las consideraciones de diseño, pruebas, construcción, uso y final de la vida útil. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Las contribuciones de este trabajo de investigación son las siguientes:

  • Evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando el recrecido de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono.
  • Realiza un análisis exhaustivo para evaluar los impactos económicos y ambientales mediante evaluaciones del ciclo de vida.
  • Presenta una jerarquía estructurada de criterios e indicadores para la evaluación de las opciones de modernización, lo que ayuda a los técnicos y a los responsables de la toma de decisiones.
  • El encamisado de acero se consideran la mejor opción debido a su rendimiento equilibrado en todos los criterios, mientras que los recrecidos de hormigón se consideran menos favorables debido a su elevado impacto ambiental y funcional. La rehabilitación con fibra de carbono es una alternativa viable con un menor impacto medioambiental y una mayor funcionalidad, a pesar de los importantes costes de las materias primas.

Abstract

The critical earthquakes of the last few years highlight the urgent seismic retrofitting of existing buildings due to their aging or inadequate design. This paper aims to evaluate reinforced concrete column retrofit alternatives in a region of high seismic risk. When deciding between various building retrofit options, significant economic, environmental, and functional factors must be considered. The study uses a cradle-to-grave analysis to examine the economic and environmental impacts through life cycle assessments. Specifically, the life-cycle performance of three classic alternatives for rehabilitating columns lacking adequate confinement is compared: concrete jacketing, steel jacketing, and carbon fiber incorporation. The research adopts a holistic approach using multi-criteria decision-making methods, integrating economic, environmental, and functional criteria. A set of criteria and indicators is presented in a structured hierarchy that facilitates the orderly evaluation of alternatives. The results suggest that steel jacketing is preferred, as it presents a balanced performance in most criteria. The incorporation of carbon fiber is viable due to its low environmental and functional impact, although the high production costs of the raw materials limit it. In contrast, concrete jacketing has the highest environmental and functional impacts, making it the least favorable option. The results of this study will provide relevant information for engineers and decision-makers to select the most suitable options for building retrofit when considering several simultaneous perspectives.

Keywords: 

Construction, CFRP, Decision making, Life cycle assessments, MCDM, Retrofit, Sustainable design.

Reference:

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. DOI:10.1016/j.jclepro.2024.142290

Os podéis descargar gratuitamente el artículo, pues está publicado en acceso abierto.

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