El blog de Víctor Yepes

Fracturación hidráulica

De US Environmental Protection Agency, Office of Research and Development, Washington, DC – «The Hydraulic Fracturing Water Cycle», Dominio público, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=25673027

La fracturación hidráulica, comúnmente conocida como fracking, es una técnica que se utiliza para extraer hidrocarburos, como el gas natural y el petróleo, de formaciones rocosas subterráneas de baja permeabilidad, especialmente lutitas o esquistos. Este método ha revolucionado la industria energética, ya que permite acceder a recursos que antes eran inaccesibles, contribuyendo significativamente a la diversificación de las fuentes de energía.

El fracking consiste en perforar un pozo vertical hasta alcanzar la formación rocosa objetivo. Una vez en la profundidad deseada, la perforación se desvía horizontalmente, extendiéndose varios kilómetros dentro de la capa de lutita. A través de este pozo se inyecta una mezcla de agua, arena y productos químicos a alta presión. Esta presión fractura la roca, creando fisuras por las que se liberan los hidrocarburos atrapados, que son posteriormente extraídos a la superficie.

Evolución histórica de la fracturación hidráulica

El desarrollo del fracking no es un fenómeno reciente, sino el resultado de una evolución que se inició hace dos siglos. En 1821, la perforación del primer pozo comercial de gas de lutita cerca de Fredonia, en Nueva York, marcó el inicio de la explotación de este tipo de gas. Aunque este recurso era útil para la iluminación doméstica, no adquirió relevancia económica hasta mucho después. No fue hasta después de la Segunda Guerra Mundial, en un contexto de crecimiento industrial y demanda energética acelerada, cuando el gas natural comenzó a jugar un papel clave.

En las décadas de 1980 y 1990, los productores se enfrentaron al declive de los yacimientos convencionales y comenzaron a buscar alternativas en formaciones de baja permeabilidad, como el gas de las capas de carbón (CBM) y el gas de lutita (shale gas). Sin embargo, estos recursos presentaban limitaciones tecnológicas significativas, especialmente en lo que respecta a la capacidad para extraer hidrocarburos atrapados en micro o nanoporos. No fue hasta 2005 cuando la combinación de fracturación hidráulica y perforación horizontal demostró plenamente su viabilidad, lo que supuso un cambio de paradigma en la industria energética global.

El fracking ha transformado el panorama energético de países como Estados Unidos, donde se ha convertido en uno de los principales productores de petróleo y gas a nivel mundial. Sin embargo, esta técnica ha generado debates y regulaciones en diversas regiones debido a sus implicaciones ambientales. En Europa, por ejemplo, se ha analizado la dependencia del gas obtenido por fracking en otros países y se han criticado estas prácticas.

La historia del fracking es también una historia de innovación. Desde la mejora de los motores de fondo y los sistemas de telemetría hasta el diseño de fracturas más eficientes, cada avance ha contribuido a aumentar la recuperación de hidrocarburos y a reducir los costes asociados. Sin embargo, el desarrollo de estas tecnologías ha planteado también nuevos desafíos ambientales y sociales que no existían en las explotaciones convencionales.

De Battenbrook – Trabajo propio, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=30796394

Fundamentos técnicos de la fracturación hidráulica

El fracking combina dos tecnologías clave: la perforación horizontal y la fracturación hidráulica. Ambas se han desarrollado para abordar el desafío que supone la extracción de hidrocarburos de yacimientos de baja permeabilidad, caracterizados por una porosidad extremadamente reducida y escasas conexiones entre los poros. Este tipo de formación geológica requiere la creación artificial de caminos por donde los hidrocarburos puedan fluir hacia los pozos de producción.

La perforación horizontal: Este enfoque, en contraste con la perforación vertical tradicional, permite acceder a una zona más extensa de la formación productora. Un pozo puede extenderse lateralmente varios kilómetros dentro del yacimiento, lo que aumenta considerablemente la cantidad de hidrocarburos que pueden recuperarse. Esto es especialmente relevante en yacimientos continuos como el gas de lutita, donde los hidrocarburos están distribuidos uniformemente en capas sedimentarias.
La fracturación hidráulica: Este proceso consiste en inyectar un fluido compuesto de agua, arena y aditivos químicos a alta presión. El agua actúa como medio de transporte, la arena como material de soporte de fracturas y los aditivos cumplen diversas funciones, como reducir la fricción, evitar la corrosión y mejorar la eficiencia del proceso. La fracturación crea redes de microfracturas en la roca madre, lo que aumenta la permeabilidad y permite que el gas o el petróleo fluyan hacia el pozo.
Avances tecnológicos adicionales: El uso de la telemetría avanzada (logging while drilling y measurement while drilling) proporciona datos en tiempo real sobre las condiciones del subsuelo. Esto permite ajustar la dirección del pozo y optimizar el diseño de las fracturas para maximizar la producción. Además, las fracturas multietapa, que dividen la sección horizontal del pozo en segmentos individuales, han demostrado ser una estrategia eficaz para estimular formaciones de gran tamaño.

Uno de los desafíos de los yacimientos de gas no convencional es el rápido declive de la producción. Este fenómeno obliga a perforar nuevos pozos de manera constante para mantener niveles de producción comercialmente viables. Por lo tanto, la explotación del gas de lutita es una actividad intensiva y duradera que requiere una planificación meticulosa y una inversión considerable.

Cómo funciona la fracturación hidráulica. https://www.todoporhacer.org/la-fractura-hidraulica/

Impactos ambientales del fracking

La fracturación hidráulica ha generado preocupaciones significativas en torno a su impacto ambiental, especialmente en lo que respecta al consumo de agua, la contaminación de acuíferos, la emisión de gases de efecto invernadero y la sismicidad inducida. Estas preocupaciones están respaldadas por pruebas documentadas que detallan tanto los riesgos como las medidas de mitigación disponibles.

Consumo de agua: Cada pozo de fracturación hidráulica requiere entre 8000 y 15 000 m³ de agua, dependiendo de factores como la profundidad del pozo y el número de etapas de fracturación. Esta cantidad de agua es considerable, particularmente en regiones con recursos hídricos limitados. Para mitigar este impacto, se ha propuesto reutilizar las aguas de retorno y utilizar fuentes no convencionales de agua, como las salobres. Es esencial investigar previamente la disponibilidad de agua superficial y subterránea para garantizar la sostenibilidad del proyecto.
Contaminación de acuíferos: Aunque las zonas de fractura están separadas de los acuíferos por capas de roca impermeable, las fugas a través de defectos en la cementación de los pozos suponen un riesgo. Los fluidos de fracturación, que contienen metano y aditivos químicos, pueden migrar hacia los acuíferos superficiales en caso de fallo estructural. Por ello, es esencial realizar un seguimiento continuo y diseñar adecuadamente los pozos para prevenir estos incidentes.
Sismicidad inducida: La fracturación hidráulica puede causar micro-sismos de baja intensidad, imperceptibles sin instrumentos especializados. En raras ocasiones, la inyección en áreas cercanas a fallas activas ha generado sismos de mayor magnitud, aunque el límite superior para estos eventos es de 3 en la escala de Richter. La evaluación geológica previa y el monitoreo continuo son fundamentales para minimizar este riesgo.
Gestión de aguas residuales: Las aguas de retorno contienen minerales disueltos, compuestos químicos y, ocasionalmente, materiales radiactivos naturales (NORM). Las estrategias de mitigación incluyen el tratamiento de residuos, la evaporación y la reutilización del agua reciclada. Estas medidas no solo reducen la demanda de agua dulce, sino que también minimizan el impacto ambiental.

Retos sociales y económicos

El desarrollo de la fracturación hidráulica enfrenta múltiples retos sociales y económicos. En términos sociales, la aceptación pública es fundamental. La percepción de riesgo asociada a la contaminación del agua, la sismicidad y la ocupación del terreno puede generar resistencia en las comunidades locales. Por otro lado, el fracking ofrece beneficios económicos significativos, como la reducción de la dependencia energética de las importaciones y la creación de empleo.

En España, las estimaciones de recursos prospectivos varían considerablemente. Según la Agencia Estadounidense de Información Energética (EIA), el país cuenta con 226 bcm de gas técnicamente recuperable, mientras que otros estudios elevan esta cifra a 1978 bcm. Estas reservas tienen el potencial de abastecer la demanda nacional durante décadas, aunque su desarrollo enfrenta desafíos como la falta de infraestructura y los altos costes de perforación.

Desde el punto de vista económico, el fracking es competitivo. El coste medio de extracción se estima en 5 céntimos de euro por kWh, lo que lo convierte en una opción viable frente a otras fuentes de energía. Sin embargo, para garantizar la sostenibilidad del sector, los beneficios deben equilibrarse con los riesgos ambientales y sociales.

Conclusiones

La fracturación hidráulica es una tecnología innovadora que ha transformado la industria energética. Aunque ofrece oportunidades significativas para la diversificación y la seguridad energética, su implementación debe abordarse con un enfoque integral que contemple tanto los beneficios económicos como sus posibles impactos ambientales y sociales. Es necesario realizar una evaluación cuidadosa y aplicar regulaciones estrictas para mitigar riesgos y garantizar una explotación sostenible de los recursos naturales. El desarrollo de recursos no convencionales en España requerirá una planificación meticulosa, un marco regulatorio sólido y un compromiso transparente con las comunidades locales.

Al adoptar medidas de mitigación efectivas y avanzar en tecnologías más sostenibles, el fracking puede desempeñar un papel crucial en la transición hacia un sistema energético más diversificado y seguro, minimizando al mismo tiempo su impacto ambiental y social.

Os dejo algunos vídeos al respecto.

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Lecciones aprendidas: proteger a la población es la prioridad

En el día de Navidad no podía dejar de pensar en las personas, especialmente en aquellas que sufren por injusticias, guerras, discriminación o desastres naturales, entre otras muchas cosas. A continuación, os dejo una reflexión que me pidieron para un número especial de iAgua. Creo que no puede haber un día mejor para divulgarla. ¡Feliz Navidad!

Lecciones aprendidas: proteger a la población es la prioridad

La reciente DANA en Valencia dejó una lección incontestable: ante fenómenos climáticos extremos, la máxima prioridad debe ser proteger a la población. Estos eventos exigen un replanteamiento inmediato de la gestión del riesgo de inundaciones. La seguridad de las personas no puede depender de respuestas improvisadas, sino de estrategias basadas en el conocimiento científico.

Las inundaciones suponen un riesgo directo para las personas, pero también tienen efectos indirectos devastadores. Cuando fallan los servicios esenciales, como el suministro eléctrico o el acceso a agua potable, las comunidades se enfrentan a situaciones de alta vulnerabilidad. Durante la reciente emergencia, muchas zonas quedaron incomunicadas y sin recursos básicos.

Frente a esto, existen medidas estructurales y no estructurales para minimizar estos riesgos. Las primeras consisten en regular las cuencas para reducir el impacto de las inundaciones. Por ejemplo, las presas almacenan grandes volúmenes de agua que van liberando gradualmente, lo que evita desbordamientos aguas abajo. Los encauzamientos reducen significativamente los riesgos. Sin embargo, estas intervenciones deben planificarse cuidadosamente para evitar impactos ambientales y garantizar que cumplan su función. Para ello, es necesario un enfoque holístico, pues el problema es complejo.

Por otro lado, las medidas no estructurales incluyen planes de emergencia, sistemas de alerta temprana y la educación de la población. Un plan de emergencia debe detallar las rutas de evacuación, los puntos seguros y los procedimientos de actuación en caso de inundación. La preparación salva vidas, pero solo es efectiva si las personas saben cómo actuar y confían en las instituciones que gestionan la crisis.

Los sistemas de alerta temprana son fundamentales para ganar tiempo en situaciones críticas. Hay que mejorar las tecnologías que permitan predecir inundaciones con mayor precisión. La información debe llegar rápidamente a la población a través de canales fiables y accesibles para evitar el caos y la desinformación que suelen acompañar a estos eventos.

La planificación territorial también forma parte de las medidas no estructurales. Debemos ser más estrictos a la hora de evitar construcciones en zonas de alto riesgo y priorizar el desarrollo urbano en áreas menos vulnerables. Además, la recuperación de espacios naturales puede actuar como barrera de protección frente a inundaciones. No obstante, es necesario considerar que algunas medidas solo son adecuadas para un volumen moderado de precipitaciones.

No obstante, ninguna medida será suficiente sin una adecuada coordinación entre instituciones y comunidades. La gestión del riesgo de inundación debe ser un esfuerzo conjunto en el que participen gobiernos, científicos, ingenieros y ciudadanos. La falta de preparación no solo agrava el impacto, sino que también debilita la confianza de la población en las autoridades.

La recuperación tras una emergencia debe centrarse en reforzar las infraestructuras y estrategias existentes. Reconstruir mejor no es solo un eslogan, sino una necesidad. Cada inundación nos enseña algo nuevo sobre cómo proteger mejor a la población. No podemos ignorar la responsabilidad de aplicar estas lecciones.

En Valencia, hemos visto hasta dónde llega nuestra preparación frente a fenómenos extremos. Ahora es el momento de pasar a la acción. La inversión y los planes de emergencia no solo protege las infraestructuras, sino que salva vidas. Ignorar esta realidad pone en peligro a quienes más dependen de un sistema resiliente y preparado.

La protección de la población no puede ser un objetivo secundario. Es el núcleo de cualquier estrategia de gestión de riesgos. Como científicos, tenemos el deber de ofrecer soluciones basadas en evidencias, y como sociedad, la responsabilidad de exigir que se implementen. La próxima DANA llegará, pero la manera en que nos encuentre preparados marcará la diferencia entre un desastre y una respuesta ejemplar.

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Gemelo digital para la gestión predictiva de infraestructuras civiles

El artículo presenta un marco conceptual para el desarrollo de gemelos digitales aplicados a estructuras de ingeniería civil que combina modelos basados en la física con técnicas avanzadas de aprendizaje profundo. Se propone una integración dinámica entre el sistema físico y su representación digital mediante redes bayesianas dinámicas, lo que permite la toma de decisiones informada y la optimización continua. Entre las contribuciones destacadas, se encuentra la implementación de modelos de aprendizaje profundo para diagnosticar el estado estructural en tiempo real a partir de datos de sensores. Además, el enfoque incluye un proceso de aprendizaje previo fuera de línea para optimizar las políticas de mantenimiento.

La investigación presenta casos de estudio que validan la viabilidad del marco propuesto: una viga en voladizo en forma de L y un puente ferroviario. En estos ejemplos, se demuestra la capacidad del sistema para predecir el deterioro estructural y sugerir las acciones de mantenimiento adecuadas. El uso de modelos de orden reducido permite gestionar el coste computacional de manera eficiente y garantizar la aplicabilidad práctica del enfoque.

Introducción

La gestión eficiente de estructuras de ingeniería civil, como puentes, edificios y otras infraestructuras críticas, es un desafío constante debido al envejecimiento, el uso intensivo y los cambios en las condiciones ambientales. Un mantenimiento inadecuado puede provocar fallos catastróficos con consecuencias sociales, económicas y medioambientales significativas. En este contexto, los gemelos digitales han emergido como una tecnología prometedora para mejorar la supervisión, el mantenimiento y la toma de decisiones.

Un gemelo digital es una réplica virtual de un activo físico que se actualiza continuamente con datos obtenidos de sensores instalados en el activo real. Esto permite simular su comportamiento, predecir su evolución y planificar intervenciones de manera óptima. El concepto se ha explorado ampliamente en sectores como el aeroespacial y el manufacturero, pero su aplicación en el ámbito de la ingeniería civil es relativamente reciente.

En el campo de los gemelos digitales para ingeniería civil, las investigaciones previas han abordado diferentes aspectos del monitoreo estructural, como la detección de daños mediante métodos de análisis modal y la integración de técnicas avanzadas de procesamiento de señales. Se han utilizado modelos físicos basados en elementos finitos para representar el comportamiento estructural y técnicas de aprendizaje automático para detectar y clasificar anomalías. Sin embargo, la mayoría de estos enfoques tienen limitaciones relacionadas con la precisión de las predicciones y la gestión de la incertidumbre en condiciones operativas variables.

Un enfoque emergente consiste en integrar modelos probabilísticos, como las redes bayesianas, con técnicas de aprendizaje profundo. Esto permite incorporar la variabilidad y la incertidumbre inherentes a los datos estructurales. No obstante, aún es necesario mejorar la capacidad de realizar predicciones precisas de manera continua en tiempo real.

Teniendo en cuenta las limitaciones identificadas en los trabajos previos, este estudio busca responder a la siguiente pregunta de investigación: ¿cómo se puede desarrollar un marco de gemelo digital que combine modelos físicos y aprendizaje profundo para mejorar la predicción y la toma de decisiones en el mantenimiento de estructuras de ingeniería civil, teniendo en cuenta la incertidumbre y la variabilidad operativa?

El artículo examina un enfoque innovador basado en modelos físicos y técnicas de aprendizaje profundo, y propone un sistema de toma de decisiones apoyado en redes bayesianas dinámicas. Este marco permite una interacción continua entre el activo físico y su representación digital, lo que mejora significativamente los procesos de mantenimiento preventivo y correctivo.

Gemelos digitales predictivos para estructuras de ingeniería civil: abstracción gráfica del flujo de información de extremo a extremo habilitada por el modelo gráfico probabilístico (Torzoni et al., 2024)

Metodología

La metodología propuesta combina modelos matemáticos basados en la física y técnicas de aprendizaje profundo para crear un gemelo digital capaz de gestionar estructuras de ingeniería civil. El enfoque consta de tres fases principales:

Modelo numérico basado en la física:
- Se emplean modelos de elementos finitos para representar el comportamiento estructural bajo diferentes condiciones operativas y de daño.
- Los modelos son simplificados mediante técnicas de reducción de orden, utilizando descomposición en bases propias (POD), para hacer viable el análisis computacional en tiempo real.
Asimilación de datos mediante aprendizaje profundo:
- Los datos estructurales recopilados por sensores se procesan mediante redes neuronales profundas.
- Un modelo de clasificación identifica la ubicación y severidad del daño, mientras que un modelo de regresión cuantifica la magnitud del deterioro.
Toma de decisiones basada en redes bayesianas dinámicas:
- Los resultados se integran en un modelo probabilístico que permite la predicción de estados futuros y la planificación de intervenciones de mantenimiento.
- El sistema optimiza decisiones considerando incertidumbres operativas y costos asociados a las acciones de mantenimiento.

Resultados

Los resultados obtenidos evidencian que el gemelo digital propuesto puede rastrear con precisión la evolución del estado estructural y generar recomendaciones de mantenimiento en tiempo real. La precisión global alcanzada en la clasificación de estados digitales fue del 93,61 %, lo que destaca su capacidad para manejar datos ruidosos y condiciones operativas variables. Sin embargo, se observaron algunas limitaciones en la detección de daños en regiones alejadas de los sensores, lo que subraya la necesidad de mejorar la sensibilidad de los dispositivos de monitorización.

Otro aspecto relevante es la capacidad de predicción del sistema. Las simulaciones muestran que el gemelo digital puede prever de manera efectiva el deterioro futuro, lo que permite planificar de manera proactiva las intervenciones. Esto supone una mejora significativa con respecto a los enfoques tradicionales de mantenimiento reactivo.

Desde un punto de vista metodológico, la integración de modelos probabilísticos y aprendizaje profundo proporciona una solución robusta y adaptable a diferentes estructuras. No obstante, el éxito del sistema depende en gran medida de la calidad y la cantidad de datos disponibles para el entrenamiento inicial.

El estudio responde a la pregunta de investigación mediante la implementación exitosa de un marco de gemelo digital que combina modelos físicos y aprendizaje profundo. El sistema propuesto gestiona la incertidumbre mediante redes bayesianas dinámicas y mejora la toma de decisiones en mantenimiento al proporcionar predicciones precisas y recomendaciones basadas en datos en tiempo real. Los experimentos confirmaron su capacidad para gestionar estructuras complejas, lo que demuestra una mejora tangible en comparación con los enfoques tradicionales.

Conclusiones y recomendaciones

En conclusión, el desarrollo de un gemelo digital que integre modelos físicos y técnicas de aprendizaje profundo supone un avance significativo en la gestión de infraestructuras críticas. La metodología propuesta permite realizar un seguimiento continuo, realizar predicciones proactivas y tomar decisiones informadas.

El trabajo plantea varias líneas de investigación para el futuro:

Mejora de los modelos predictivos: Explorar técnicas avanzadas de aprendizaje automático para aumentar la precisión y reducir el sesgo en la estimación de estados estructurales.
Optimización de redes de sensores: Investigar configuraciones óptimas de sensores para mejorar la cobertura y sensibilidad del monitoreo.
Aplicaciones a gran escala: Desarrollar estudios de caso adicionales que incluyan estructuras complejas como puentes de gran envergadura y edificios multifuncionales.
Integración con tecnologías emergentes: Incorporar técnicas de computación en el borde y redes 5G para facilitar la transmisión y procesamiento de datos en tiempo real.
Estudio de costos y beneficios: Evaluar la relación costo-beneficio del sistema para su implementación en proyectos reales, considerando factores económicos y de sostenibilidad.

Estos pasos permitirán ampliar la aplicabilidad del sistema y mejorar su eficiencia en el mantenimiento de infraestructuras críticas. En resumen, el artículo establece una base sólida para el desarrollo de gemelos digitales en ingeniería civil, al proponer un enfoque integral y avanzado desde el punto de vista técnico que combina modelos físicos y aprendizaje automático. Las investigaciones futuras deben centrarse en ampliar su ámbito de aplicación y mejorar su rendimiento en contextos operativos complejos.

Referencia:

Torzoni, M., Tezzele, M., Mariani, S., Manzoni, A., & Willcox, K. E. (2024). A digital twin framework for civil engineering structures. Computer Methods in Applied Mechanics and Engineering, 418, 116584.

Os dejo el artículo completo, pues se encuentra en abierto:

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Ya está disponible la norma UNE-EN ISO 56001:2024

La nueva norma ISO 56001, que establece un sistema de gestión de la innovación, ya está disponible. Esta norma es útil tanto para las organizaciones que ya cuentan con la certificación AENOR en gestión de la innovación como para aquellas que inician este proceso. La ISO 56001 facilita la migración desde la norma UNE 166002, con la que comparte más del 90 % de los requisitos, lo que permite una transición fluida. Las organizaciones tienen de plazo hasta enero de 2028 para realizar esta migración.

La certificación ISO 56001 no solo optimiza la gestión de la innovación, sino que también mejora la competitividad, eficiencia y sostenibilidad de las empresas. AENOR ha liderado el desarrollo de esta norma a nivel internacional, habiendo emitido ya más de 700 certificados en varios países.

La norma ISO 56001 introduce un nuevo enfoque respecto a la UNE 166002:2021, especialmente en lo que respecta a la definición y el alcance de la innovación. Mientras que la UNE 166002 abarcaba la I+D+i (Investigación, Desarrollo e Innovación), la ISO 56001 se centra únicamente en la innovación, integrando la investigación y el desarrollo dentro de este concepto.

El nuevo enfoque de innovación se orienta hacia la creación y redistribución de valor, entendido como las ganancias derivadas de la satisfacción de necesidades y expectativas, lo que incluye aspectos como ingresos, ahorros, productividad, sostenibilidad y satisfacción.

La principal novedad del sistema de gestión de la innovación de la ISO 56001 es su enfoque estratégico para planificar los procesos, en lugar de imponer una gran cantidad de requisitos. Las organizaciones deben tener en cuenta aspectos como las cuestiones internas y externas, los requisitos de las partes interesadas y los riesgos y oportunidades al planificar el sistema.

Otra novedad importante es la jerarquía establecida en la ISO 56001 para los niveles de gestión: intención > política > estrategia > objetivos > indicadores, en contraste con la jerarquía de la UNE 166002: visión > estrategia > política > objetivos > indicadores.

La razón de este enfoque es que un sistema de gestión de la innovación opera en tres niveles: estratégico, táctico y operativo. Según los requisitos de la norma ISO 56001, las relaciones entre estos niveles se describen de la siguiente manera:

Intención de innovación (Cláusula 4): En el nivel estratégico, define el alcance del sistema de gestión y establece la base para la estrategia de innovación.
Alcance (Cláusula 4): Determina los límites y la aplicabilidad del sistema de gestión de la innovación.
Política de innovación (Cláusula 5): Proporciona un marco para definir la estrategia y los objetivos de innovación. Esta política puede complementar otras políticas del sistema de gestión de la organización.
Estrategia de innovación (Cláusula 5): Basada en la intención de innovación, está alineada con la política de innovación y establece los objetivos estratégicos, creando el marco para definir los objetivos tácticos y las carteras de innovación.
Objetivos de innovación (Cláusula 6): A nivel táctico, deben ser coherentes con la política y la estrategia de innovación.
Carteras de innovación (Cláusula 6): Alineadas con la estrategia y los objetivos de innovación, consisten en un conjunto de iniciativas de innovación.
Iniciativas de innovación (Cláusula 8): Se desarrollan a nivel operativo.
Procesos de innovación (Cláusula 8): También establecidos a nivel operativo, son flexibles y adaptables para ejecutar las iniciativas de innovación.

Ventajas de implementar la ISO 56001

Las organizaciones que implementen y certifiquen un Sistema de Gestión de la Innovación según la Norma ISO 56001 disfrutarán de numerosos beneficios. A continuación, se detallan las principales ventajas:

Mejora de la capacidad de innovación: La norma ISO 56001 proporciona una estructura clara y procesos definidos que permiten gestionar la innovación de manera sistemática. Esto facilita la flexibilidad y adaptabilidad, y ayuda a las organizaciones a responder rápidamente a los cambios del mercado y a aprovechar nuevas oportunidades.
Aumento de la eficiencia y eficacia: Al implementar esta norma, se optimizan los recursos, ya que se garantiza su uso eficiente y orientado a actividades innovadoras. Además, fomenta la gestión proactiva de la incertidumbre y los riesgos, lo que reduce significativamente las posibilidades de fracaso en proyectos de innovación.
Fomento de una cultura de innovación: La adopción de la ISO 56001 fomenta comportamientos innovadores, como la exploración, la colaboración y la experimentación dentro de la organización. Además, motiva al personal y genera un entorno donde se valoran y apoyan las ideas innovadoras, lo que fortalece el compromiso de los empleados.
Mejora de la competitividad: Al fomentar la innovación, esta norma no solo mejora la competitividad de la organización, sino que también aumenta su capacidad para adaptarse a un entorno en constante cambio. La norma facilita la creación de productos, servicios y procesos innovadores que diferencian a la organización del resto en el mercado, lo que le otorga una ventaja competitiva. También permite adaptarse de manera efectiva a las demandas y tendencias del mercado, lo que garantiza una mejor respuesta a las necesidades de los clientes.
Creación de valor: La implementación de la ISO 56001 contribuye a generar valor financiero y no financiero a través de soluciones innovadoras. Además, garantiza la sostenibilidad a largo plazo de la organización al integrar la innovación en su estrategia empresarial.
Mejora de la gestión del conocimiento: Esta norma fomenta la explotación del conocimiento mediante la utilización de fuentes internas y externas para generar y aprovechar información. Además, establece enfoques efectivos para gestionar el conocimiento necesario para impulsar la innovación.
Integración con otros sistemas de gestión: La norma ISO 56001 es compatible con otros sistemas de gestión, como el de calidad (ISO 9001). Esto facilita una integración coherente y eficiente, y permite una gestión más holística de las operaciones organizativas.
Mejora continua: La norma fomenta la evaluación continua del rendimiento del sistema de gestión de la innovación y promueve la implementación de mejoras basadas en los resultados obtenidos. De este modo, se garantiza un progreso constante hacia la excelencia en innovación.
Certificación y reconocimiento: La certificación conforme a la ISO 56001 otorga credibilidad y reconocimiento, y demuestra el compromiso de la organización con la innovación. Además, aumenta la confianza de clientes, inversores y otras partes interesadas en la capacidad de la organización para innovar de manera efectiva.

En resumen, la ISO 56001 no solo mejora la capacidad de innovación, sino que también fortalece la competitividad, la eficiencia y la cultura de innovación dentro de las organizaciones, garantizando su sostenibilidad y éxito en un mercado dinámico.

9 beneficios de la gestión de la innovación con la ISO 56001. https://revista.aenor.com/408/beneficios-de-la-gestion-de-la-innovacion-con-la-nueva-iso-5.html#msdynttrid=u5uhfJbvbt2_jFR9qdSsTWyES9PhHwzzZA9G0gvVxWY

El presente informe analiza en profundidad la norma UNE-EN ISO 56001:2024, que establece los requisitos para un sistema de gestión de la innovación. A continuación, se desarrolla detalladamente su contenido según sus principales apartados.

Contexto de la organización

La norma exige que la organización comprenda su entorno interno y externo, incluidos los factores políticos, económicos, tecnológicos, sociales, legales y ambientales que puedan afectar a su capacidad para gestionar la innovación. Este análisis implica identificar riesgos, oportunidades y cuestiones relevantes que puedan influir en sus actividades.

Los factores externos incluyen condiciones políticas y legislativas, dinámicas del mercado, desarrollo tecnológico, cambios sociales, impacto ambiental y regulaciones gubernamentales. Una comprensión adecuada permite a la organización anticiparse a tendencias, identificar amenazas y descubrir nuevas oportunidades para innovar. Por ejemplo, cambios en la legislación medioambiental pueden fomentar el desarrollo de productos sostenibles.

En cuanto a los factores internos, se incluyen elementos como la cultura organizativa, la estructura jerárquica, los recursos disponibles, la experiencia acumulada y los procesos internos. La organización debe evaluar sus capacidades y limitaciones para determinar su nivel de preparación para la innovación. Un equipo bien capacitado y una cultura abierta a nuevas ideas son esenciales para facilitar la adopción de innovaciones.

También se subraya la necesidad de comprender las necesidades y expectativas de las partes interesadas, que pueden incluir clientes, empleados, proveedores, socios estratégicos y reguladores. Identificar sus intereses permite diseñar soluciones que generen valor y fortalezcan las relaciones comerciales.

Determinar el propósito de la innovación implica establecer metas claras sobre lo que se espera lograr a través de actividades innovadoras. Este propósito debe reflejarse en una declaración estratégica y estar respaldado por la alta dirección.

Por último, definir el alcance del sistema de gestión de la innovación implica delimitar las áreas de aplicación. Esto incluye identificar los procesos, productos, servicios y ubicaciones relevantes. El alcance debe documentarse formalmente y revisarse periódicamente para garantizar su pertinencia y alineación con los objetivos de la organización.

Liderazgo

La alta dirección debe demostrar liderazgo y compromiso mediante la definición de una política de innovación clara y alineada con la estrategia empresarial. Este compromiso incluye establecer una visión y objetivos estratégicos de innovación, garantizar recursos adecuados y fomentar una cultura organizativa que valore la innovación.

La alta dirección es responsable de integrar los requisitos del sistema de gestión de la innovación en todos los procesos de la organización. Debe establecer estructuras organizativas que permitan la colaboración, la toma de decisiones efectiva y el desarrollo de capacidades clave. El liderazgo implica delegar responsabilidades y empoderar a equipos y personas clave para desarrollar y gestionar iniciativas de innovación.

La comunicación efectiva es un aspecto esencial. La alta dirección debe comunicar la importancia de la innovación a todos los niveles de la organización y garantizar que los empleados comprendan los objetivos, la estrategia y su contribución individual. Esto incluye promover la transparencia, compartir información relevante y establecer mecanismos de retroalimentación.

Además, el liderazgo incluye la gestión del cambio. La alta dirección debe preparar a la organización para adaptarse a cambios internos y externos, fomentando la flexibilidad y la resiliencia. Debe fomentar un entorno que valore la toma de riesgos calculados y la experimentación controlada.

La promoción de una cultura de innovación es otro aspecto fundamental. Esto implica desarrollar valores organizativos que apoyen la creatividad, la apertura al cambio y el aprendizaje continuo. Se espera que la alta dirección actúe como modelo a seguir, demostrando un compromiso visible con la innovación mediante su participación activa en proyectos clave y la asignación de incentivos y reconocimientos adecuados.

Por último, se debe establecer una política de innovación formal que exprese claramente el compromiso de la organización con el desarrollo de nuevas ideas, la mejora continua y el cumplimiento de los requisitos legales y reglamentarios aplicables. Esta política debe estar documentada, comunicada y revisada periódicamente para garantizar su relevancia y eficacia.

Planificación

La planificación es un pilar fundamental para implementar un sistema de gestión de la innovación eficaz. Implica identificar riesgos y oportunidades, establecer objetivos claros y definir estrategias para alcanzarlos.

Identificación y gestión de riesgos y oportunidades: La organización debe realizar un análisis en profundidad de los riesgos y oportunidades relacionados con la innovación. Esto incluye factores internos, como los recursos disponibles y las capacidades técnicas, y factores externos, como los cambios en el mercado, las regulaciones y los avances tecnológicos. La gestión proactiva permite mitigar riesgos potenciales y aprovechar oportunidades emergentes.
Establecimiento de objetivos de innovación: Los objetivos deben ser específicos, medibles, alcanzables, relevantes y con plazos definidos (SMART). Deben alinearse con la estrategia general de la organización y abarcar todos los niveles funcionales. Los objetivos estratégicos marcan la dirección general, mientras que los tácticos y operativos detallan acciones específicas.
Desarrollo de estrategias y planes de acción: Para cada objetivo, la organización debe desarrollar planes detallados que incluyan los recursos necesarios, los responsables, los plazos y las métricas de éxito. Es crucial establecer indicadores clave de rendimiento (KPI) para hacer un seguimiento del progreso. Los planes deben ser flexibles y adaptables a cambios en el entorno.
Gestión de carteras de innovación: La gestión de carteras permite priorizar proyectos en función de criterios como la viabilidad técnica, el impacto potencial, el coste y la alineación estratégica. El portafolio debe ser equilibrado y considerar proyectos a corto, medio y largo plazo, con distintos niveles de riesgo e innovación disruptiva.

Apoyo

El éxito del sistema de gestión de la innovación depende de la provisión adecuada de recursos y del apoyo continuo por parte de la organización. Este apartado detalla los elementos clave que deben estar disponibles para garantizar el funcionamiento eficaz del sistema.

Recursos humanos: Para gestionar la innovación de manera efectiva, es necesario contar con un equipo cualificado y capacitado. La organización debe proporcionar formación continua para desarrollar habilidades técnicas, creativas y de gestión. El personal debe estar motivado y comprometido con políticas de incentivos, reconocimiento y planes de carrera.
Infraestructura y tecnología: Es indispensable contar con instalaciones físicas adecuadas y plataformas tecnológicas avanzadas que permitan desarrollar, implementar y gestionar iniciativas innovadoras. Esto incluye laboratorios, oficinas creativas y herramientas de gestión de proyectos.
Financiación y recursos económicos: Es fundamental contar con financiación acorde con los objetivos estratégicos de innovación. La financiación debe estar garantizada y ser acorde con los objetivos estratégicos de innovación. La asignación presupuestaria debe cubrir la investigación, el desarrollo, las pruebas y la comercialización de productos o servicios innovadores.
Gestión del conocimiento: La creación, el almacenamiento y la difusión del conocimiento son esenciales. Deben crearse sistemas para capturar lecciones aprendidas y buenas prácticas. El uso de plataformas digitales facilita la gestión de la información crítica.
Propiedad intelectual y cumplimiento legal: Es imprescindible proteger los derechos de propiedad intelectual mediante patentes, marcas y derechos de autor. La organización debe garantizar el cumplimiento de todas las normativas legales aplicables para evitar riesgos jurídicos.

Operación

Este apartado se centra en la ejecución de los procesos relacionados con la gestión de la innovación, que abarca desde la generación de ideas hasta la implementación de soluciones.

Gestión de iniciativas: Las iniciativas de innovación deben gestionarse mediante proyectos estructurados de manera adecuada. Esto implica definir objetivos claros, asignar recursos adecuados y establecer responsables para cada tarea.
Procesos de innovación: Los procesos de innovación incluyen la identificación de oportunidades, el desarrollo de conceptos, la validación de soluciones y su posterior implementación. Cada etapa debe estar documentada y ser objeto de un seguimiento constante.
Desarrollo y pruebas: Las soluciones innovadoras deben pasar por fases de desarrollo técnico y pruebas piloto para garantizar su viabilidad antes de implementarse por completo. Para ello, se realizan simulaciones, se crean prototipos y se ejecutan ensayos controlados.
Comercialización y lanzamiento: El proceso de innovación culmina con la comercialización de productos o servicios desarrollados. La estrategia de lanzamiento debe incluir análisis de mercado, marketing y distribución para maximizar su impacto.
Control: El rendimiento de las iniciativas debe controlarse de manera continua mediante indicadores clave de rendimiento (KPI). Así se pueden realizar ajustes y mejorar los resultados obtenidos.

Evaluación del rendimiento

La evaluación del rendimiento es un componente esencial para garantizar la sostenibilidad y la eficacia del sistema de gestión de la innovación. Implica medir, analizar y revisar los resultados obtenidos.

Auditorías internas: Las auditorías internas deben realizarse periódicamente para verificar el cumplimiento de los requisitos de la norma. Esto incluye revisar procesos, proyectos y resultados obtenidos, identificando desviaciones y proponiendo acciones correctivas.
Indicadores clave de rendimiento: Para evaluar el rendimiento de las iniciativas de innovación, es necesario definir y utilizar indicadores clave. Entre estos indicadores se incluyen el número de proyectos completados, la tasa de éxito de los lanzamientos, el retorno de la inversión (ROI) y la satisfacción de los clientes.
Revisión por parte de la alta dirección: La alta dirección debe llevar a cabo revisiones periódicas para analizar los avances del sistema de gestión de la innovación. Esto implica evaluar el cumplimiento de los objetivos estratégicos, identificar áreas de mejora y redefinir políticas y estrategias en función de los resultados obtenidos.
Análisis de resultados y mejoras continuas: Los resultados deben analizarse de manera integral, teniendo en cuenta tanto los éxitos como los fracasos. Las lecciones aprendidas deben documentarse para optimizar futuros procesos. La mejora continua debe ser un principio rector que guíe la evolución del sistema.

Mejora

Según la norma UNE-EN ISO 56001:2024, el proceso de mejora constituye un pilar central en la gestión de la innovación. Este proceso implica una revisión constante y sistemática de los procesos, los resultados y las estrategias implementadas. Su objetivo es incrementar la efectividad, adaptarse a nuevas condiciones del entorno y potenciar la capacidad innovadora de la organización.

Identificación de áreas de mejora: Para ello, la organización debe realizar un análisis continuo de sus procesos y resultados para identificar posibles áreas de mejora. Este análisis incluye el seguimiento de indicadores clave de rendimiento, la revisión de proyectos concluidos y la retroalimentación de las partes interesadas. Además, las auditorías internas y externas son fundamentales para detectar debilidades y oportunidades de crecimiento.
Gestión de no conformidades: La gestión de no conformidades se centra en la identificación, el registro y el tratamiento de desviaciones respecto a los estándares establecidos. La gestión de no conformidades consiste en identificar, registrar y tratar las desviaciones respecto a los estándares establecidos. Para ello, la organización debe contar con procedimientos que permitan analizar las causas raíz de las no conformidades, establecer acciones correctivas y prevenir su recurrencia.
Acciones correctivas y preventivas: Es fundamental implementar acciones correctivas para abordar los problemas identificados y minimizar su impacto negativo. Del mismo modo, las acciones preventivas buscan anticiparse a posibles problemas antes de que ocurran. Ambas deben estar documentadas, asignadas a responsables específicos y sujetas a plazos de ejecución para garantizar su cumplimiento y efectividad.
Evaluación de la eficacia de las mejoras: Es fundamental evaluar la eficacia de las mejoras implementadas. Para ello, la organización debe establecer métricas y realizar un seguimiento periódico para verificar si las acciones han logrado los resultados esperados. Esto permite ajustar estrategias y tomar decisiones informadas para futuras mejoras.
Revisión de la alta dirección: La alta dirección debe revisar regularmente el sistema de gestión de la innovación, considerando los resultados de auditorías, análisis de indicadores y retroalimentación de las partes interesadas. Esta revisión debe incluir la definición de nuevas metas, la reasignación de recursos y la actualización de políticas y procedimientos.
Innovación continua: La mejora debe ser entendida como un proceso continuo e integrado en la cultura organizacional. Esto implica fomentar un entorno donde la innovación sea un valor compartido y promover una actitud proactiva hacia el cambio y la búsqueda constante de soluciones creativas.
Lecciones aprendidas y gestión del conocimiento: Es esencial registrar y analizar las lecciones aprendidas de cada proyecto de innovación. La gestión del conocimiento permite capitalizar estas experiencias y aplicarlas a futuras iniciativas, reduciendo errores y potenciando el éxito en nuevos desarrollos.
Impulso de una cultura de mejora: Para lograr una mejora sostenida, la organización debe promover una cultura donde todos los niveles estén comprometidos con el aprendizaje continuo y la optimización de procesos. Esto incluye programas de formación, talleres de creatividad y espacios de intercambio de ideas.

Conclusión

La norma UNE-EN ISO 56001:2024 establece un enfoque integral para la gestión de la mejora en el contexto de la innovación. Su correcta aplicación permite a las organizaciones adaptarse a un entorno dinámico, ser más competitivas y generar valor sostenible a largo plazo.

Os paso un par de vídeos sobre los beneficios de la innovación con la nueva ISO 56001.

También os dejo un extracto de la norma.

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Estructuras híbridas de acero

Viga armada de acero. https://www.renedometal.es/vigas-armadas-la-rioja/

El desarrollo de estructuras de acero ha sido un pilar fundamental en la ingeniería civil desde el siglo XIX. Obras emblemáticas como el puente de Brooklyn y la torre Eiffel son ejemplos tempranos de su aplicación con éxito. La evolución tecnológica ha dado lugar al desarrollo de conceptos avanzados como las vigas híbridas de acero, que permiten un mejor aprovechamiento del material y reducen los costes de manera significativa. Las vigas híbridas de acero son una solución avanzada en el ámbito de la construcción que permite optimizar el uso de materiales, reducir costes y mejorar la eficiencia estructural. Estas vigas combinan diferentes tipos de acero en sus componentes para maximizar la resistencia y minimizar el peso, por lo que constituyen una alternativa eficaz a las vigas homogéneas tradicionales.

Históricamente, han dominado el mercado las vigas de acero convencionales, en las que tanto el alma como las alas tienen la misma resistencia a la fluencia. Sin embargo, esta configuración puede llevar a un uso ineficiente del material, ya que las alas soportan la mayor parte de las tensiones de flexión. La incorporación de diferentes resistencias en las partes de la viga es una solución innovadora para optimizar el empleo del acero.

El concepto de viga híbrida implica el uso de acero de alta resistencia en las alas, donde se producen tensiones de tracción y compresión máximas, y de acero de resistencia moderada en el alma, que soporta tensiones menores. Esta configuración permite reducir el peso total de la viga, disminuir costes y mejorar la sostenibilidad mediante una utilización más eficiente de los recursos.

La investigación sobre vigas híbridas ha seguido tres enfoques principales: estudios experimentales, simulaciones computacionales y revisiones bibliográficas. Los ensayos experimentales evalúan el comportamiento estructural bajo diversas condiciones de carga. Las simulaciones computacionales permiten modelar situaciones complejas mediante el método de elementos finitos. Las revisiones bibliográficas consolidan el conocimiento existente y permiten identificar lagunas en la investigación.

Las estructuras híbridas son objeto de nuestros proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. En las referencias se encuentran tres de los artículos publicados al respecto, los cuales se pueden descargar por estar publicados en abierto. Además, ya publicamos varias entradas sobre estos trabajos hace unos meses.

En un artículo anterior (Terreros-Bezoya et al., 2023), ya hicimos referencia a un estudio del estado del arte al respecto. En dicha investigación se revisaron 128 publicaciones sobre diseño de vigas y se utilizó un análisis de correspondencia para identificar patrones en variables como la resistencia de alas y alma, las condiciones de carga y los métodos de cálculo. Se sistematiza el conocimiento existente y se destacan enfoques de diseño eficaces. Se identifican ratios híbridos ideales, con un equilibrio entre resistencia y economía de material, que oscilan entre 1,3 y 1,6. Además, el estudio destaca las ventajas ambientales y económicas de las vigas híbridas, ya que al reducir el peso de las estructuras, disminuyen los costes de transporte, instalación y materiales, y, por tanto, las emisiones de CO₂. Esta estrategia se alinea con los objetivos de la Unión Europea para lograr la neutralidad climática en 2050 y mejora la viabilidad de proyectos a gran escala al reducir los costes de fabricación y montaje.

Estudios recientes han demostrado que las vigas híbridas son superiores en términos de resistencia y eficiencia económica. Ensayos experimentales muestran que pueden soportar cargas hasta un 40% mayores que las vigas convencionales debido a su capacidad para distribuir tensiones de manera más efectiva. Además, su uso puede reducir los costos de construcción en un 20%, considerando ahorros en materiales, transporte e instalación.

En términos de distribución geográfica, la investigación sobre vigas híbridas está dominada por Estados Unidos, China y Europa, con un crecimiento notable en Asia debido a su desarrollo infraestructural. Los estudios se centran en tres áreas principales: comportamiento estructural, desarrollo de metodologías de diseño y optimización económica.

Las investigaciones sobre flexión pura revelan que una resistencia a la fluencia de 300 MPa en el alma y 500 MPa en las alas mejora significativamente el rendimiento estructural. En términos de corte puro, se ha logrado mejorar la resistencia en un 25% mediante el desarrollo de campos de tensión diagonales. La interacción flexión-corte permite incrementar la resistencia última hasta un 30% al diseñar refuerzos de ala y distribuciones de carga adecuadas.

El trabajo de Negrín et al. (2023) presenta una metodología para optimizar el diseño de vigas híbridas de acero soldado y, por tanto, mejorar su coste. Se formula un problema de optimización que permite configuraciones híbridas con diferentes tipos de acero y se considera el coste de fabricación como función objetivo. Los resultados indican que el diseño optimizado puede ser hasta un 50 % más económico que los métodos tradicionales. Además, se sugieren métodos para comparar soluciones óptimas y se establecen líneas de investigación futuras basadas en los resultados obtenidos.

El estudio de Negrín et al. (2024) destaca los beneficios económicos de las vigas de acero híbridas transversal-longitudinalmente (TLH), mostrando una reducción de costos de fabricación superior al 50% en comparación con diseños tradicionales. Se identifican configuraciones TLH como más eficaces para elementos grandes, con recomendaciones para puntos de transición y configuraciones de materiales según niveles de tensión. Además, la metodología propuesta promueve un diseño sostenible, optimizando elementos TLH para mejorar aspectos económicos y ambientales, lo que sugiere futuras investigaciones en comportamiento estructural y sostenibilidad.

Sin embargo, persisten desafíos en áreas como la soldadura y la fabricación. La unión de materiales con diferentes propiedades requiere técnicas especializadas y electrodos adecuados para garantizar la integridad estructural. Además, los estándares de diseño actuales deben actualizarse para reflejar las características específicas de las vigas híbridas y proporcionar directrices más detalladas para su aplicación.

En conclusión, las vigas híbridas de acero ofrecen una combinación única de resistencia, sostenibilidad y economía. Los avances en fabricación, en métodos computacionales y en el análisis del ciclo de vida continúan impulsando su desarrollo. La colaboración entre instituciones académicas, la industria y los organismos reguladores será esencial para su adopción generalizada. La actualización de los códigos de diseño y la estandarización de los procesos de fabricación mejorarán su competitividad en proyectos de infraestructura a gran escala.

Referencias:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. Journal of Constructional Steel Research, 211:108131. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.108131

TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. Journal of Constructional Steel Research, 207:107976. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.107976.

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

Impermeabilización de puentes: técnicas, materiales y procedimientos

https://www.cantitec.es/project/impermeabilizacion-puente-ave/

La durabilidad de los puentes está relacionada con una impermeabilización adecuada, ya que el hormigón vibrado no es totalmente estanco. Las segregaciones locales permiten la entrada de agua hasta las armaduras, lo que provoca la carbonatación, disgregación y corrosión de estas. Este efecto se intensifica en regiones donde se usan sales de deshielo para evitar la formación de hielo. Muchos problemas de durabilidad se deben a una impermeabilización y drenaje inadecuados.

La eficacia de la impermeabilización depende de factores como las condiciones climáticas, que pueden afectar a la integridad de los materiales. También es crucial el diseño estructural, que debe facilitar el drenaje y evitar la acumulación de agua. Para prevenir defectos en la impermeabilización, es esencial seleccionar materiales duraderos y compatibles con el entorno, y aplicarlos correctamente.

La selección del sistema de impermeabilización para un puente debe tener en cuenta factores como las características específicas de la estructura, incluidos los materiales, la geometría, el uso y las condiciones de carga; las condiciones climáticas y ambientales locales, como temperaturas extremas, humedad y exposición a agentes corrosivos; y los requisitos de mantenimiento y la vida útil esperada, ya que algunos sistemas requieren menos mantenimiento y ofrecen una mayor durabilidad. Es esencial consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada.

Los sistemas de impermeabilización se clasifican en tratamientos in situ y el uso de láminas prefabricadas. Dentro de los tratamientos in situ, destacan varias técnicas según el tipo de material y el método de aplicación.

Tratamientos in situ:

Másticos bituminosos aplicados en caliente: Se colocan en una o dos capas con espesores de 5 a 20 mm. Para evitar la formación de ampollas por la mezcla caliente sobre un tablero húmedo, se aplica una capa de imprimación y otra de descompresión, generalmente un filtro de fibra de vidrio que comunica con la atmósfera.
Másticos bituminosos aplicados en frío: Formados por un agregado mineral fino, fibras minerales y una emulsión bituminosa aniónica de rotura lenta, y se aplican sobre un tablero limpio tras un riego de adherencia. La cantidad aplicada varía entre 3 y 6 kg/m² en función de la rugosidad de la superficie. Son fáciles de instalar, resistentes al tráfico de obra y poseen una excelente adherencia al firme.
Capas finas con materiales no bituminosos (resinas): Incluyen resinas epoxi, poliuretanos y poliésteres, que se aplican en espesores de 1,5 a 3 mm. Ofrecen alta resistencia química y gran adherencia al hormigón, aunque requieren una textura fina y ausencia de humedad en el tablero. Normalmente, se aplican dos capas de resina: la segunda se extiende una vez polimerizada la primera y, antes de que se seque por completo, se esparce arena para mejorar la adherencia con el pavimento. La imprimación del tablero no es indispensable, pero, si se realiza, se utiliza la misma resina diluida.
Capas finas con brea-epoxi: Este material mixto combina la flexibilidad de la brea y la adherencia del epoxi, y ofrece resistencia a bajas temperaturas y un coste moderado. Su espesor promedio es de 2 mm y se usa principalmente en estructuras flexibles como puentes metálicos. La técnica de aplicación es similar a la de las resinas sintéticas, con la diferencia de que en este caso es imprescindible utilizar la imprimación correspondiente, que es la misma mezcla fluidificada.

Láminas prefabricadas:

Dentro de las láminas prefabricadas de pequeño espesor (entre 1 y 2 mm) se incluyen:

Láminas bituminosas autoprotegidas: La cara superior está formada por una hoja de aluminio y la cara inferior está recubierta de una masilla bituminosa reforzada con fibras de vidrio. El espesor total varía entre 3 y 4 mm.
Láminas elastoméricas: Las más comunes están fabricadas con caucho butilo, caucho de cloropreno y etileno-propileno. Estas láminas destacan por su gran flexibilidad, aunque presentan el inconveniente de una adherencia deficiente con los materiales bituminosos. Por ello, en la instalación de pavimentos de este tipo es habitual aplicar una imprimación bituminosa sobre la lámina una vez colocada.
Láminas plásticas: Son de PVC reforzado con fibras sintéticas a lo largo de todo su espesor. Estas láminas no presentan adherencia.
Láminas de betún altamente modificado con polímeros: Estas láminas ofrecen una excelente flexibilidad, baja susceptibilidad térmica y elevada tenacidad y ductilidad.

Las láminas prefabricadas más delgadas suelen deteriorarse con facilidad por punzonamiento. Anteriormente, solía colocarse una capa de protección, generalmente una mezcla de arena y betún, entre la lámina y el pavimento. Hoy en día, salvo en el caso de las láminas con hoja superior de aluminio, es común que las láminas incorporen gravillas incrustadas en su cara superior, lo que no solo las protege frente al punzonamiento, sino que también mejora la adherencia con el pavimento. El objetivo principal de estas membranas es garantizar la estanqueidad en todas las zonas del tablero y evitar especialmente el paso de agua en las uniones con elementos como bordillos, sumideros, barreras y juntas de dilatación.

En los últimos años, se han desarrollado y aplicado técnicas y productos innovadores en este campo. A continuación, se presentan algunas de las novedades más destacadas:

Membranas líquidas de poliuretano: La aplicación de membranas líquidas de poliuretano ha surgido como una solución eficaz para impermeabilizar tableros de puentes. Estas membranas destacan por su alta elasticidad, resistencia química y larga vida útil. Además, su capacidad para adaptarse a geometrías diversas facilita su aplicación en estructuras complejas. La certificación ETE (Documento de Evaluación Técnica Europeo) garantiza la calidad y eficacia de estos productos.
Membranas asfálticas prefabricadas: Los sistemas de impermeabilización asfáltica, especialmente los que utilizan membranas prefabricadas SBS, han demostrado su eficacia en puentes y estacionamientos. Estos sistemas se aplican mediante termofusión, lo que garantiza una adherencia sólida y una protección duradera contra filtraciones.
Resinas de poliuretano bicomponente: La utilización de resinas de poliuretano bicomponente, libres de brea y alquitrán, ha ganado popularidad en la impermeabilización de tableros de puentes. Estas resinas se aplican sobre el hormigón del soporte, formando una capa impermeable que protege la estructura de las inclemencias meteorológicas y de la acción de agentes corrosivos.
Membranas de poliurea: La aplicación de poliurea ha demostrado su eficacia en la protección contra filtraciones en la impermeabilización de puentes ferroviarios. Para lograr una impermeabilización completa y duradera, es fundamental realizar un tratamiento previo de la superficie y aplicar imprimaciones adecuadas.

En las impermeabilizaciones no completamente adheridas al tablero del puente, el agua que pueda filtrarse a través de la capa impermeabilizante o condensarse debajo de ella se evacúa mediante respiraderos o tubos de ventilación. Estos dispositivos evitan la acumulación de presión de vapor que podría provocar ampollas en la impermeabilización. Los tubos se colocan en los puntos más bajos o se distribuyen a lo largo de toda la superficie, partiendo de la cara inferior de la impermeabilización y atravesando el tablero del puente.

La impermeabilización de puentes requiere un mantenimiento periódico para garantizar su eficacia a largo plazo. Es fundamental realizar inspecciones regulares para detectar posibles daños o deterioros y llevar a cabo las reparaciones pertinentes. Si hay fallos en la impermeabilización, es posible que sea necesario rehabilitar la membrana, lo que puede implicar eliminar la capa existente y aplicar un nuevo sistema de impermeabilización.

La impermeabilización de puentes requiere cumplir diversas normativas y estándares internacionales para garantizar la eficacia y durabilidad de las soluciones implementadas. A continuación, se presenta una relación exhaustiva de las normativas y estándares más importantes en este campo:

Normativas Europeas:

UNE-EN 13375:2020: Establece los requisitos para las láminas flexibles utilizadas en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón expuestas al tráfico vehicular.
UNE-EN 14692:2017: Define las características de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia a la compactación de una capa asfáltica.
UNE-EN 14694:2017: Especifica los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras superficies de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la resistencia a la presión dinámica de agua tras degradación por pretratamiento.
UNE-EN 14223:2017: Detalla las propiedades de las láminas flexibles para la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la absorción de agua.
UNE-EN 14691:2017: Establece los criterios para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, enfocándose en la compatibilidad por acondicionamiento térmico.
UNE-EN 13653:2017: Define los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de tableros de puentes de hormigón y otras zonas de hormigón para tráfico de vehículos, incluyendo la determinación de la resistencia al pelado.
UNE-EN 12039:2017: Especifica las características de las láminas bituminosas para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la adherencia de gránulos.
UNE-EN 12691:2018: Establece los requisitos para las láminas bituminosas, plásticas y de caucho en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al impacto.
UNE-EN 13583:2013: Define las características de las láminas bituminosas, plásticas y de caucho para la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia al granizo.
UNE-EN 17686:2023: Establece los requisitos para las láminas flexibles en la impermeabilización de cubiertas, incluyendo la determinación de la resistencia a la carga de viento del sistema constructivo de cubiertas con sistemas de impermeabilización adheridos.

Normativas Internacionales:

ASTM D6083: Estándar de la ASTM que especifica los requisitos para las membranas líquidas de poliuretano utilizadas en la impermeabilización de puentes.
ASTM D1970: Estándar de la ASTM que define los requisitos para las membranas autoadhesivas de asfalto utilizadas en la impermeabilización de puentes.
AASHTO M 323: Especificación de la American Association of State Highway and Transportation Officials que establece los requisitos para las membranas de impermeabilización de puentes.

Es fundamental consultar las normativas vigentes y, en caso de duda, recurrir a expertos en la materia para determinar la solución más adecuada. Además, es recomendable revisar las especificaciones técnicas de los fabricantes y las guías de buenas prácticas para asegurar una correcta aplicación de los sistemas de impermeabilización.

Os dejo un par de vídeos sobre impermeabilización de tableros de puentes. Espero que os sean de interés.

También os dejo este catálogo de Sika sobre la impermeabilización de puentes.

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Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central

https://www.encorsoluciones.com/control-de-produccion-de-los-hormigones-fabricados-en-central/

El Real Decreto 163/2019, de 22 de marzo, establece la Instrucción Técnica para el control de producción de los hormigones fabricados en central en España. Esta norma es una actualización de la regulación anterior debido a los avances técnicos y reglamentarios experimentados en la última década, especialmente tras la implementación del marcado CE para productos de construcción y la evolución de las normas europeas y nacionales relevantes.

El objetivo principal del decreto es garantizar la calidad, la seguridad y la sostenibilidad del hormigón utilizado en la construcción mediante un control exhaustivo de todas las fases del proceso de producción. Este control comienza con la verificación estricta de los materiales que componen el hormigón, como el cemento, los áridos, los aditivos y el agua. Cada uno de estos elementos debe cumplir especificaciones técnicas detalladas y estar sujeto a un seguimiento riguroso que incluye inspecciones, pruebas periódicas y auditorías de calidad.

La regulación establece criterios técnicos precisos para las instalaciones de producción, que deben contar con equipos de dosificación y amasado calibrados, sistemas de almacenamiento adecuados y protocolos de mantenimiento regular. Estos equipos deben garantizar una mezcla homogénea y cumplir con las especificaciones de calidad exigidas. Además, se requiere que cada central cuente con personal técnico altamente cualificado y debidamente certificado, encargado de supervisar cada etapa del proceso de fabricación y certificar la conformidad del producto final.

En el ámbito de la producción, el decreto detalla metodologías específicas para el control del hormigón fresco y endurecido. Esto incluye pruebas de consistencia, resistencia a la compresión, durabilidad y contenido de aire, entre otros parámetros esenciales. Los resultados de estos ensayos deben registrarse meticulosamente y conservarse durante al menos 12 años, lo que garantiza la trazabilidad de cada lote producido. Los registros deben contener información detallada sobre las materias primas utilizadas, las fechas de fabricación, los lotes de producción y los resultados de las pruebas realizadas.

La gestión documental es otro de los pilares fundamentales de la norma. Las plantas de producción deben mantener registros exhaustivos de todos los controles realizados, incluidos los albaranes de entrega, los certificados de calidad y los resultados de los ensayos. Estos documentos constituyen la base para demostrar el cumplimiento normativo durante auditorías e inspecciones. La documentación debe estar disponible para las autoridades competentes y organizarse de manera que se pueda acceder fácilmente a ella en cualquier momento.

En materia ambiental, la normativa establece requisitos específicos para minimizar el impacto ambiental de las actividades de las plantas de hormigón. Las empresas deben implementar sistemas de gestión de residuos, reducir emisiones contaminantes y fomentar el uso eficiente de los recursos naturales. Asimismo, deben adoptar prácticas sostenibles, como el reciclaje de materiales y la reducción del consumo energético durante el proceso de producción.

El control de calidad y la inspección externa son aspectos clave del decreto. Se exige que las plantas se sometan a auditorías exhaustivas realizadas por organismos de control acreditados con una frecuencia mínima de cada cuatro años. Estas auditorías incluyen la verificación de la conformidad técnica, la revisión de procesos y la certificación del cumplimiento de los estándares establecidos. Las plantas también pueden optar por obtener sellos de calidad reconocidos, que simplifican su proceso de certificación y fortalecen su imagen ante clientes y autoridades.

El decreto también contempla sanciones y medidas correctivas en caso de incumplimientos graves. Las autoridades competentes pueden ordenar la suspensión de actividades o la revocación de licencias a aquellas plantas que no cumplan con los requisitos.

En conclusión, el Real Decreto 163/2019 establece un marco técnico y reglamentario integral para garantizar que el hormigón utilizado en la construcción en España cumpla con los estándares de calidad, seguridad y sostenibilidad más exigentes. Su aplicación contribuye significativamente a mejorar la fiabilidad estructural de las edificaciones, proteger a los consumidores y fomentar una industria de la construcción más responsable y comprometida con el medio ambiente.

Os dejo a continuación un mapa mental sobre este Real Decreto.

A continuación os dejo el Real Decreto 163/2019 consolidado.

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También tenéis aquí el documento de desarrollo y aplicación de la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, aprobada por Real Decreto 163/2019, elaborado por ANEFHOP.

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Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Activación de la fuerza de pretensado e inyección en construcciones de hormigón

La construcción de estructuras de hormigón conlleva procesos técnicos complejos que requieren una planificación rigurosa y una ejecución meticulosa. Entre estos procesos, destacan la activación de la fuerza de pretensado y la inyección de armaduras, esenciales para mejorar el rendimiento estructural y la durabilidad. Este artículo aborda estos procedimientos y detalla principios teóricos, parámetros técnicos y normativas aplicables.

Tesado de armaduras activas

Armadura pasiva y vainas para el acero de postesado durante la construcción de un puente de sección cajón. De Störfix – Fotografía propia, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=297005

El tesado de armaduras activas es el proceso mediante el cual se aplica una fuerza de pretensado al acero de refuerzo del hormigón. Esto aumenta la capacidad de carga, reduce las deformaciones y mejora la durabilidad de la estructura.

El proceso de tesado se basa en el principio de generar fuerzas internas en el acero que compensen las tensiones externas previstas durante la vida útil de la estructura. Al aplicar una fuerza controlada, el acero se somete a tracción y el hormigón a compresión, lo que mejora el comportamiento global del elemento estructural.

La operación de tesado deberá realizarse según un plan previamente establecido, teniendo en cuenta las recomendaciones del fabricante del sistema utilizado. Se deberá asegurar que el gato esté perpendicular y centrado sobre el anclaje y que la operación la lleve a cabo personal cualificado. El tesado debe realizarse de forma lenta y progresiva. Si se lleva a cabo en condiciones de bajas temperaturas, deberán tomarse precauciones especiales.

Si se rompe un elemento de la armadura, se podrá alcanzar la fuerza total de pretensado necesaria aumentando la tensión en los elementos restantes, sin exceder el 5 % del valor inicialmente previsto. En caso de que se pierda totalmente la fuerza de pretensado debido a la rotura de elementos irreemplazables de la armadura, la pérdida no podrá superar el 2 % de la fuerza de pretensado prevista en el proyecto.

La temperatura ambiente es un factor crítico. Debe evitarse el tesado a temperaturas inferiores a 5 °C, salvo que se implementen medidas específicas para compensar los efectos del frío, como el uso de equipos de calefacción en el área de trabajo. Además, el acero utilizado debe cumplir con normas internacionales como la EN 10080, que garantizan su calidad y resistencia.

La seguridad durante el tesado es un aspecto prioritario. Las medidas de seguridad incluyen protecciones detrás de los gatos y se prohibirá el paso entre dichas protecciones y el gato durante el izado. En las pretesas, es esencial colocar señales visibles que indiquen la carga máxima permitida para la que han sido proyectados los estribos de anclaje, así como delimitar las zonas de acceso restringido. Además, para evitar que las armaduras salten si se rompen durante el tesado, se deben utilizar placas horadadas, cubriéndolas o envolviéndolas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Todo el proceso debe estar supervisado por personal técnico cualificado.

Armaduras pretesas

Hormigón pretensado en forma de viguetas. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/

Las armaduras pretesas se tensan antes del vertido del hormigón para garantizar que la fuerza se transfiera a la matriz del hormigón durante el fraguado. Este método se utiliza principalmente en la fabricación de elementos prefabricados, como vigas, losas y pilares.

El proceso de pretensado consiste en fijar los extremos de las armaduras en dispositivos de anclaje y aplicarles una fuerza controlada antes de verter el hormigón. Una vez que el hormigón alcanza la resistencia requerida, se libera la tensión de manera gradual, lo que permite que el hormigón absorba el esfuerzo de pretensado.

El programa de tesado deberá especificar el orden de tesado de las armaduras y, en su caso, las sucesivas etapas parciales de pretensado. También se deberá indicar la presión o fuerza que no debe sobrepasarse en los gatos, el valor de la carga de tesado en los anclajes y los alargamientos que deben obtenerse, teniendo en cuenta los movimientos originados por la penetración de la cuña. Además, se debe detallar el modo y la secuencia a seguir para liberar los tendones, así como la resistencia requerida del hormigón en el momento de la transferencia.

La adherencia de las armaduras activas al hormigón depende de la longitud de transmisión, necesaria para transferir al hormigón, por adherencia, la fuerza de pretensado introducida en las armaduras, y de la longitud de anclaje, que garantiza la resistencia del anclaje por adherencia hasta la rotura del acero. Estos factores dependen principalmente de tres elementos: el diámetro de la armadura, sus características superficiales y la resistencia del hormigón.

El destesado es la operación mediante la cual se transmite el esfuerzo de pretensado de las armaduras pretesas al hormigón, para lo cual se deben soltar de manera lenta, gradual y uniforme, sin sacudidas bruscas y de forma ordenada, con el fin de evitar asimetrías. Antes de iniciar esta operación, se verifica que el hormigón haya alcanzado la resistencia especificada, se eliminan obstáculos que impidan el movimiento de las piezas y se cortan las puntas de las armaduras que sobresalgan de las testas si van a quedar expuestas y no embebidas en el hormigón. El destesado prematuro representa un peligro debido a las pérdidas elevadas, mientras que el destesado brusco puede causar esfuerzos anormales, aumentar la longitud de transmisión y anclaje, y aumentar los riesgos de deslizamiento.

Armaduras postesas

Anclajes de hormigón postesado. https://www.becosan.com/es/hormigon-pretensado/

Las armaduras postesas se tensan una vez fraguado el hormigón, lo que permite una mayor flexibilidad en el diseño de estructuras complejas. Se utilizan comúnmente en grandes puentes, viaductos y edificios importantes.

Durante el proceso, los tendones se colocan dentro de vainas que atraviesan el hormigón. Una vez fraguado, se aplican fuerzas de pretensado mediante gatos hidráulicos y se fijan los extremos con cuñas especiales que aseguran la transferencia de cargas a largo plazo.

El programa de tesado deberá especificar expresamente la secuencia detallada de tesado de las armaduras, la presión o fuerza que debe desarrollarse en el gato, los alargamientos esperados y la máxima penetración de la cuña, así como el momento de retirada de las cimbras durante el tesado, si procede. También se deberá indicar la resistencia requerida del hormigón antes del tesado, el número, el tipo y la localización de los acopladores, así como la necesidad de protección temporal si el tesado se realiza en etapas sucesivas. El tesado no se iniciará sin la autorización de la dirección de obra, que comprobará la idoneidad del programa de tesado y la resistencia del hormigón. Cada etapa debe ejecutarse en condiciones de control estrictas, registrándose cada operación para su posterior verificación y trazabilidad.

La tensión máxima inicial admisible en las armaduras se limita con el fin de disminuir riesgos como la rotura o la corrosión. El valor máximo de la tensión en las armaduras antes de anclarlas no podrá exceder el menor de los siguientes valores: el 75 % de la carga unitaria máxima característica o el 90 % del límite elástico característico. De forma temporal, esta tensión podrá aumentarse hasta alcanzar uno de los siguientes valores: el 85 % de la carga unitaria máxima característica o el 95 % del límite elástico característico.

Proceso postesado. Fuente: Catálogo Stronghold

El proceso de tesado consta de varias fases secuenciales, cuidadosamente planificadas, para garantizar la correcta transferencia de la fuerza de pretensado. En primer lugar, se colocan y alinean los gatos hidráulicos frente a los anclajes, asegurándose de que queden perpendiculares y centrados para evitar desviaciones.

Una vez posicionados, se inicia el proceso de aplicación de fuerza de forma gradual y continua. La presión se incrementa en etapas controladas para evitar tensiones repentinas que puedan causar daños estructurales. Durante esta fase, se realiza un seguimiento constante de la presión y del alargamiento de las armaduras.

A medida que el acero se alarga, hay que verificar los anclajes y realizar ajustes si es necesario. El equipo técnico debe registrar cada paso, documentando las presiones aplicadas, los alargamientos medidos y los incidentes que puedan ocurrir durante el proceso.

Una vez alcanzada la fuerza especificada en el proyecto, se fijan definitivamente las armaduras mediante cuñas mecánicas o dispositivos de anclaje hidráulico. De este modo, se asegura que el acero mantenga la tensión aplicada incluso después de retirar los equipos de tesado.

Por último, se llevan a cabo inspecciones visuales y técnicas para confirmar que el proceso de tesado se ha realizado correctamente. Cualquier anomalía detectada debe corregirse antes de pasar a la siguiente fase de construcción.

El control del tesado implica medir simultáneamente el esfuerzo ejercido por el gato y el alargamiento de la armadura, con una precisión de ±2 % del recorrido total. Se debe garantizar que la fuerza de pretensado se mantenga dentro de ±5 % del valor de proyecto y que los alargamientos sean de ±15 % para un tendón particular y de ±5 % para la suma de todos los valores en la misma sección. Para facilitar el control, se utilizará una tabla de tesado que incluirá los datos del programa, la identificación de los tendones, los resultados del tesado y los incidentes. Los datos recopilados deben documentarse con todo detalle, incluyendo las desviaciones y las correcciones realizadas.

El retesado de armaduras postesas se define como cualquier operación de tesado efectuada sobre un tendón después de su tesado inicial. Este procedimiento solo está justificado si es necesario para uniformar las tensiones de los diferentes tendones de un mismo elemento o si está previsto en el programa el tesado en etapas sucesivas. No se debe realizar un retesado con el único objetivo de disminuir las pérdidas diferidas de tensión, salvo en circunstancias especiales.

Antes de proceder con el retesado, se realiza una evaluación exhaustiva de la estructura para determinar si es necesario realizarla. El procedimiento debe ajustarse al programa de tesado original y a las condiciones actuales del proyecto. Las presiones aplicadas durante el retesado deben controlarse con cuidado para evitar daños en los elementos estructurales.

Además, es fundamental recalibrar los equipos de tesado antes de iniciar esta operación para garantizar que los valores aplicados sean precisos. Una vez finalizado, deben realizarse nuevas inspecciones y pruebas de carga para verificar la efectividad del proceso.

Inyección de armaduras

La inyección de lechada es fundamental para proteger las armaduras de pretensado contra la corrosión y garantizar su adherencia al hormigón. Este proceso consiste en llenar los conductos que albergan los tendones con una mezcla diseñada para resistir agresiones químicas y ambientales. Debe realizarse lo antes posible tras el tesado.

La preparación de la mezcla de inyección es una etapa clave para garantizar el correcto funcionamiento del sistema de pretensado. La lechada es una mezcla cuidadosamente dosificada de cemento, agua y aditivos específicos. La proporción de estos componentes se calcula en función de factores como la temperatura ambiente, el tipo de estructura y las condiciones específicas del lugar de construcción.

El proceso de mezclado debe realizarse con equipos mecánicos especializados que aseguren una mezcla homogénea y libre de grumos. El tiempo de mezclado oscila entre 2 y 4 minutos, aunque puede prolongarse si se utilizan aditivos retardadores, en caso de prever un tiempo de más de 30 minutos antes de la inyección.

La relación agua-cemento debe mantenerse dentro de márgenes estrictos, generalmente entre 0,4 y 0,5, para garantizar una consistencia coloidal que facilite el flujo de la lechada a través de los conductos. Además, es indispensable realizar pruebas preliminares para verificar la fluidez, la resistencia inicial y la adherencia.

La temperatura de la mezcla no debe exceder los 30 °C para evitar fraguados prematuros. Si se anticipa una demora en el proceso de inyección, se pueden incorporar aditivos estabilizantes que prolonguen la trabajabilidad de la lechada sin afectar a sus propiedades mecánicas.

Finalmente, antes de proceder con la inyección, se debe inspeccionar visual y técnicamente el equipo de mezclado para garantizar su correcto funcionamiento y evitar contaminaciones o errores en la dosificación.

La ejecución de la inyección requiere una planificación detallada que tenga en cuenta las condiciones del proyecto y las especificaciones técnicas establecidas. El programa de inyección debe contener, al menos, las características de la lechada (tiempos), las del equipo de inyección, la limpieza de los conductos, la secuencia de operaciones y los ensayos a realizar, las probetas para los ensayos, el volumen de lechada a preparar y la previsión de incidentes, entre otros aspectos. Se deben utilizar equipos de inyección calibrados para garantizar la aplicación continua y uniforme de la lechada.

La ejecución de la inyección de armaduras postesas requiere comprobar previamente las siguientes condiciones: el equipo de inyección, la bomba de inyección auxiliar, el suministro permanente de agua a presión y aire comprimido, el exceso de materiales para el amasado del producto de inyección, las vainas libres de materiales perjudiciales, los conductos a inyectar preparados e identificados y los ensayos de control de la lechada preparados.

El proceso comienza con la conexión segura del equipo de inyección a los conductos. La inyección debe realizarse bajo las siguientes condiciones: la longitud máxima de inyección no debe superar los 120 m y, en tiempo frío, se debe asegurar de que no haya hielo en los conductos, inyectando agua caliente si es necesario. Queda prohibido efectuar la inyección con aire comprimido. La inyección debe ser continua e ininterrumpida, con una velocidad de avance constante entre 5 y 15 m/min, y debe realizarse desde puntos bajos para garantizar un llenado completo y evitar bolsas de aire. El proceso finaliza cuando la lechada comienza a rebosar por los puntos de purga con la misma consistencia que la mezcla inicial. Una vez finalizada la operación, se obstruyen herméticamente los orificios de purga para evitar la entrada de aire o humedad que pueda afectar a la durabilidad de la estructura. La presión de inyección se ajusta cuidadosamente para garantizar una distribución uniforme del material y minimizar el riesgo de rotura de los conductos.

La inspección de la inyección debe incluir la elaboración de un informe para cada inyección, en el que se anoten las características del producto, la temperatura ambiente en el momento de la inyección, el tipo de cemento utilizado, el aditivo incorporado a la mezcla (si corresponde) y su dosificación, la relación agua/cemento elegida, el tipo de mezclador, la duración del mezclado y las probetas fabricadas para controlar las condiciones relativas a los productos de inyección. Estos informes deben archivarse como parte de los registros permanentes de la obra.

La seguridad durante la inyección debe extremarse. El personal involucrado debe recibir capacitación específica en técnicas de inyección y en procedimientos de seguridad. Es obligatorio el uso de equipos de protección individual, como guantes, gafas y cascos, especialmente en áreas donde exista riesgo de contacto con productos químicos. Está prohibido que los operarios miren a través de los tubos o de los rebosaderos.

Durante la inyección, debe establecerse un perímetro de seguridad en torno a la zona de trabajo para prevenir accidentes. Además, es imprescindible realizar inspecciones visuales y técnicas en tiempo real para detectar posibles fugas, obstrucciones o anomalías en la aplicación.

Por último, una auditoría posterior a la inyección debe verificar que todos los conductos se han llenado correctamente y que las purgas se han realizado conforme a los estándares. Este control garantiza que el sistema de pretensado funcione de manera óptima y se mantenga con el paso del tiempo.

Consideraciones normativas

Las operaciones relacionadas con el pretensado y la inyección deben cumplir con estándares técnicos específicos que garanticen la seguridad, la durabilidad y la funcionalidad de las estructuras construidas. La normativa europea EN 13391 regula los dispositivos de anclaje utilizados en el pretensado y especifica los requisitos de diseño, de resistencia y los métodos de prueba.

El Código Estructural establece pautas detalladas para el diseño y la ejecución de elementos pretensados, incluidos los procedimientos de tesado, inyección y control de calidad. También exige que cada etapa del proceso esté documentada y supervisada por profesionales acreditados.

En proyectos internacionales, normas como la ACI 318 (American Concrete Institute) establecen criterios adicionales para el cálculo estructural y la verificación de los materiales. El cumplimiento de estas normativas garantiza la integridad estructural, la capacidad portante y la resistencia a condiciones adversas durante la vida útil de la estructura.

Además, los reglamentos de seguridad laboral exigen que los operarios estén certificados y se implementen medidas de protección para evitar accidentes. El seguimiento estricto de estas disposiciones permite minimizar riesgos y garantizar el éxito del proyecto desde la fase inicial hasta la finalización.

Conclusión

La activación de la fuerza de pretensado y la inyección en construcciones de hormigón son procesos técnicos esenciales. Si se siguen procedimientos detallados, normas específicas y controles de calidad rigurosos, su correcta aplicación garantiza estructuras seguras y duraderas.

Dejo a continuación unos vídeos que, espero, os resulten interesantes.

A continuación, os dejo una presentación de Luis Cosano, del departamento técnico de Freyssinet, S.A. Espero que os sea de interés.

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Además, a continuación podéis descargar el artículo 50 del Código Estructural relativo a los procesos de colocación y tesado de las armaduras activas.

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Cursos:

Curso de fabricación y puesta en obra del hormigón.

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Diseño optimizado de edificios de pórticos de hormigón armado frente al colapso progresivo mediante metamodelos

El diseño estructural de los edificios plantea importantes retos para garantizar su seguridad y sostenibilidad. El colapso progresivo, provocado por eventos extremos como terremotos o explosiones, puede ocasionar daños catastróficos. Para reducir este riesgo, se propone una metodología de diseño apoyada en metamodelos que combina optimización estructural y criterios de seguridad, y que tiene en cuenta elementos que a menudo se pasan por alto, como los forjados, las pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura (SSI, por sus siglas en inglés).

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. También es fruto de la colaboración con investigadores de Brasil y Cuba.

Metodología

Descripción del problema

Se estudiaron cinco edificios de pórticos de hormigón armado con diferentes configuraciones de plantas y luces. Las estructuras incluyen vigas, columnas, forjados y pantallas de arriostramiento. Además, se incorporó el diseño optimizado de cimentaciones, considerando la interacción con el suelo mediante modelos de elasticidad lineal. Las dimensiones de los elementos estructurales se ajustaron siguiendo las normas internacionales de diseño y se consideraron distintas combinaciones de carga para evaluar escenarios críticos.

Se realizaron simulaciones numéricas avanzadas que tuvieron en cuenta escenarios de carga extremos, incluyendo la pérdida de columnas críticas en diversas posiciones. En el análisis se tuvieron en cuenta factores de seguridad, límites de servicio y fallos estructurales para determinar los diseños óptimos. También se tuvieron en cuenta criterios de sostenibilidad y se midieron las emisiones de CO₂ asociadas a cada solución.

Optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC)

La metodología ObRDPC se centra en minimizar las emisiones de CO₂ como función objetivo, garantizando simultáneamente la robustez estructural mediante restricciones de seguridad. Para evaluar el colapso progresivo y simular la pérdida de columnas críticas, así como analizar la redistribución de cargas, se empleó el método de camino alternativo (AP). La metodología incluye la verificación de estados límite últimos y de servicio, lo que garantiza el cumplimiento de los requisitos normativos.

El proceso de optimización incluye la definición precisa de las variables de diseño, como las dimensiones de las vigas, columnas y cimentaciones, así como el tipo de hormigón utilizado. Para maximizar la eficiencia estructural y minimizar los costos ambientales, se aplican técnicas de programación matemática.

Modelización de forjados y pantallas de arriostramiento

Forjados: se modelaron como elementos tipo placa de 12 cm de espesor y se conectaron a las vigas mediante nodos rígidos para asegurar la continuidad estructural. Se realizó una discretización adecuada para representar su comportamiento realista ante cargas verticales y horizontales. El análisis incluyó el comportamiento a flexión, los efectos de cargas concentradas y la interacción con los elementos perimetrales. Se consideraron diferentes configuraciones de refuerzo para maximizar la resistencia y minimizar las deformaciones.
Pantallas de arriostramiento: representadas mediante diagonales equivalentes elásticas, según las especificaciones normativas. Se definieron sus propiedades mecánicas mediante modelos experimentales previos, incluyendo el módulo de elasticidad y la resistencia a compresión. Se estudiaron distintos tipos de mampostería y su influencia en la resistencia general. Las pantallas de arriostramiento también se evaluaron como elementos activos en la redistribución de cargas después de eventos que provocan la pérdida de soporte, lo que mejora la estabilidad global del sistema estructural.

Interacción suelo-estructura (SSI)

Se consideró el asentamiento diferencial de las cimentaciones mediante coeficientes de rigidez calculados según modelos elásticos. El suelo se modeló como un medio elástico semiespacial. En el análisis se incluyó la interacción entre la superestructura y el terreno para capturar los efectos de asentamientos desiguales y su impacto en el estado de esfuerzos y deformaciones.

En el análisis se tuvieron en cuenta diferentes tipos de suelos, desde arcillas de baja resistencia hasta suelos granulares compactados. Se realizaron estudios paramétricos para evaluar la sensibilidad del sistema a variaciones en la rigidez del terreno y el módulo de elasticidad del hormigón.

Cinco estudios de casos que consideran la modelización de cimientos, forjados y pantallas de arriostramiento.

Optimización asistida por metamodelos

Se utilizaron técnicas avanzadas de optimización asistida por metamodelos para reducir la carga computacional. El proceso incluyó un muestreo inicial mediante muestreo hipercúbico latino para cubrir eficientemente el espacio de diseño, seguido de la construcción del metamodelo a través de técnicas de interpolación Kriging para aproximar las respuestas estructurales, evaluando múltiples configuraciones para garantizar la precisión. Posteriormente, se aplicó una optimización global utilizando algoritmos evolutivos, como la Biogeography-based Optimization (BBO), para explorar soluciones factibles y un método iterativo para refinar las soluciones y garantizar su viabilidad en condiciones críticas.

Resultados

Impacto de forjados y pantallas de arriostramiento

La inclusión de forjados y pantallas de arriostramiento mejoró significativamente la redistribución de cargas y la resistencia al colapso progresivo. El análisis mostró una reducción del 11 % en el impacto ambiental para diseños resistentes al colapso, en comparación con modelos que solo consideran vigas y columnas.

Se observó una mejora notable en la capacidad de redistribución de cargas después de la pérdida de columnas críticas. Las pantallas de arriostramiento actuaron como elementos resistentes adicionales, mitigando fallos en los elementos primarios y reduciendo los desplazamientos globales.

Comparación de enfoques de diseño

Se observó que aumentar el número de niveles incrementa la robustez estructural debido a la mayor redundancia de elementos. Sin embargo, el incremento de la longitud de las luces de las vigas reduce esta capacidad, por lo que es necesario utilizar secciones más robustas y aplicar mayores refuerzos.

Los modelos con luces de 8 m presentaron un aumento del 50 % en las emisiones de CO₂ cuando no se incluyeron forjados ni pantallas de arriostramiento. Al incorporarlos, se consiguió reducir este incremento a la mitad.

Recomendaciones prácticas para el diseño estructural

Incluir forjados y pantallas de arriostramiento: Su integración mejora significativamente la resistencia al colapso progresivo, particularmente en edificios con luces amplias.
Optimizar secciones estructurales: Diseñar secciones de vigas y columnas equilibrando rigidez y eficiencia económica.
Evaluar diferentes tipos de cimentaciones: Incorporar análisis de interacción suelo-estructura para definir bases óptimas.
Aplicar análisis paramétricos: Evaluar la sensibilidad de los diseños a variaciones en la resistencia del hormigón y las condiciones geotécnicas.
Considerar combinaciones de carga extremas: Simular múltiples fallos para garantizar diseños robustos y seguros.

Conclusión

La optimización basada en un diseño robusto frente al colapso progresivo (ObRDPC) permite diseñar estructuras resistentes al colapso progresivo con menor impacto medioambiental. El uso de metamodelos y la consideración de forjados, pantallas de arriostramiento y la interacción suelo-estructura mejoran significativamente la seguridad estructural y la sostenibilidad del diseño. Se recomienda ampliar esta investigación a otros tipos de estructuras y condiciones geotécnicas complejas para validar y perfeccionar la metodología propuesta.

Referencia:

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

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Modelización y métodos de optimización aplicados al consumo energético en los ferrocarriles

El sector ferroviario, reconocido por su eficiencia energética, sigue siendo objeto de investigación para mejorar su sostenibilidad. Pese a representar solo el 2 % del consumo energético del transporte en Europa, su relevancia en el transporte de mercancías y pasajeros impulsa la investigación para reducir su huella de carbono. La necesidad de reducir las emisiones de gases de efecto invernadero y mejorar la competitividad económica ha llevado a realizar estudios exhaustivos centrados en el consumo energético ferroviario.

Modelización del consumo energético

El modelado del consumo energético permite evaluar y simular el rendimiento de los trenes sin necesidad de realizar pruebas experimentales. Las técnicas de modelado se clasifican principalmente en modelos deterministas y métodos alternativos, como redes neuronales y modelos estocásticos. Estos enfoques permiten analizar múltiples escenarios operativos y optimizar las decisiones estratégicas y operativas.

Modelos deterministas

El enfoque predominante utiliza ecuaciones basadas en la ecuación de Davis, que describe la resistencia al movimiento del tren en función de factores como la velocidad, la masa y la fricción. Su modularidad permite incluir características como frenos regenerativos y sistemas de almacenamiento a bordo. Aunque estos modelos son fiables, requieren numerosos parámetros técnicos, algunos de los cuales son difíciles de obtener debido a su complejidad técnica y a la necesidad de realizar mediciones precisas.

La ecuación de Davis se amplía con frecuencia para incorporar factores como la inclinación de la vía, la resistencia aerodinámica y la fricción en curvas. Estas ampliaciones permiten crear simuladores más detallados que evalúan trayectorias específicas y condiciones operativas complejas. Algunos estudios incluyen incluso el consumo de sistemas auxiliares, como el aire acondicionado y la iluminación, lo que mejora la precisión.

Además, el modelado detallado permite tener en cuenta aspectos como la variación de la masa del tren debida a la carga de pasajeros o mercancías, así como las condiciones meteorológicas y la interacción entre trenes en redes densas. Gracias a estas mejoras, los simuladores no solo evalúan el consumo energético, sino también el impacto de distintas estrategias operativas.

Alternativas al enfoque determinista

Los modelos basados en redes neuronales (Neural Networks) y en técnicas estocásticas (Stochastic Methods) han sido menos explorados, pero ofrecen flexibilidad y pueden manejar incertidumbres como retrasos y cambios en la carga de pasajeros. Las redes neuronales permiten entrenar modelos a partir de grandes volúmenes de datos operativos, lo que les permite aprender patrones complejos que los modelos deterministas podrían pasar por alto. Sin embargo, estos métodos requieren grandes volúmenes de datos y procesos de entrenamiento complejos.

Los modelos estocásticos integran factores aleatorios, como fallos en el sistema y condiciones meteorológicas. Su uso es particularmente relevante en redes ferroviarias densas, donde las interacciones entre trenes generan escenarios difíciles de prever mediante métodos deterministas. Los estudios actuales sugieren que estas técnicas podrían aplicarse a la gestión en tiempo real de las redes ferroviarias para mejorar la eficiencia global.

Métodos de optimización

La optimización del consumo energético ferroviario implica resolver problemas complejos, desde la gestión de perfiles de velocidad hasta la distribución de tiempos de espera y la configuración de infraestructuras. Estos estudios buscan minimizar el consumo energético sin comprometer los tiempos de viaje ni la capacidad operativa.

La formulación de problemas de optimización se basa en variables como los tiempos de viaje, los perfiles de velocidad, el consumo energético y la utilización de las infraestructuras, y su enfoque varía en función de si se optimiza un solo tren o un sistema completo. Las metodologías utilizadas incluyen la optimización unidimensional, que se centra en variables individuales como, por ejemplo, minimizar el tiempo de viaje o el consumo energético, y la optimización multidimensional, que aborda simultáneamente varios factores como el tiempo, el consumo energético, los costos operativos y las emisiones contaminantes. Los problemas de optimización pueden ser estáticos, donde se consideran condiciones fijas, o dinámicos, que ajustan decisiones en tiempo real con datos operativos actualizados.

Los métodos de optimización incluyen la búsqueda directa, que evalúa todas las soluciones posibles y es adecuada para problemas simples con pocos parámetros, y el análisis de principios máximos, que obtiene soluciones exactas mediante ecuaciones matemáticas avanzadas, aunque para ello sea necesario realizar simplificaciones y hacerlos computacionalmente viables. Las metaheurísticas, inspiradas en procesos naturales, se utilizan ampliamente por su capacidad para gestionar espacios de solución complejos. Entre ellas destacan los algoritmos genéticos, que han demostrado su versatilidad y eficacia en numerosos estudios. También se emplean técnicas como la optimización por enjambre de partículas y la optimización por colonias de hormigas, que son útiles en problemas específicos como, por ejemplo, la asignación de horarios y rutas óptimas. Además, la optimización basada en aprendizaje combina aprendizaje individual y colectivo para mejorar los resultados en contextos operativos cambiantes.

Los métodos de optimización también incluyen técnicas como la programación lineal, la programación dinámica y los algoritmos híbridos, que combinan diferentes enfoques para superar las limitaciones de cada uno de ellos. Las técnicas más avanzadas integran sistemas de inteligencia artificial y algoritmos de predicción para ajustar dinámicamente los parámetros operativos.

Discusión y análisis estadístico

Un análisis estadístico muestra que los modelos deterministas predominan debido a su precisión y facilidad para incluir múltiples factores. En optimización, los algoritmos genéticos son ampliamente preferidos, aunque métodos como la optimización por enjambre de partículas han demostrado ser eficaces en ciertos problemas.

Estudios recientes sugieren la posibilidad de combinar diferentes algoritmos para cubrir todo el espacio de soluciones y abordar problemas complejos que incluyen interacciones entre múltiples trenes y redes ferroviarias completas. Estas estrategias son esenciales para implementar operaciones ferroviarias completamente autónomas y sostenibles.

Además, el uso de análisis estadísticos avanzados, como el análisis de correspondencias y el modelado predictivo, permite identificar patrones ocultos y mejorar la precisión de los modelos y algoritmos utilizados.

Conclusión

La combinación de modelos deterministas y técnicas complementarias podría mejorar la precisión de los estudios. En optimización, el desarrollo de enfoques híbridos que combinen diferentes algoritmos metaheurísticos podría suponer un gran avance en la gestión energética ferroviaria. La integración de datos en tiempo real y técnicas de aprendizaje automático (Machine Learning Techniques) podría revolucionar el campo y llevar a sistemas ferroviarios más sostenibles y eficientes.

Referencia:

MARTÍNEZ-FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA-SANCHÍS, I.; YEPES, V.; INSA-FRANCO, R. (2019). A review of modelling and optimisation methods applied to railways energy consumption. Journal of Cleaner Production, 222:153-162. DOI:10.1016/j.jclepro.2019.03.037

Os dejo la versión autor del artículo, para su consulta.

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