Me resultó especialmente interesante el contenido del concepto de biónico, que yo asociaba a “brazos biónicos” o robótica. Sin embargo, mucho de lo que recoge este concepto está íntimamente relacionado con nuestras líneas de investigación: optimización, sostenibilidad, arquitectura amigable, estructuras robustas, modernos métodos de construcción, nuevos materiales, diseño paramétrico, BIM, etc.
Este concepto de emular las formas y eficiencia de la Naturaleza no es nuevo. Basta retrotraerse a la arquitectura de Gaudí para ver ese alejamiento de las líneas rectas, de lo artificial. En efecto, la arquitectura biónica es un enfoque de diseño y construcción que se inspira en formas naturales, alejándose de diseños rectangulares tradicionales. Surgió en el siglo XXI, destacando la practicidad y adoptando esquemas orgánicos de curvas y estructuras biológicas. Se opone a enfoques convencionales, buscando justificaciones estéticas y económicas. Se basa en la ciencia biónica, nacida en los años 60, que estudia organismos naturales para innovaciones industriales. La arquitectura biónica construye edificios inspirados en formas naturales, predefinidas y aplicadas con técnicas constructivas.
La arquitectura biónica se diferencia de la tradicional en varias áreas. Sus edificios son compactos y bioclimáticos, aprovechando la energía solar, con aislamiento térmico y acristalamiento doble. Presentan equipamiento especial como ventilación de doble flujo y calefacción solar. La cimentación imita raíces de árboles, otorgando aislamiento y resistencia sísmica. Las estructuras son flexibles y resistentes, inspiradas en formas orgánicas. Además, incorporan membranas interiores que regulan aire y luz natural.
En España, destaca, junto con Rosa Cervera, el arquitecto Javier Gómez Pioz. Ejemplifica esto con obras notables, como las torres inspiradas en la estructura de vértebras de peces en Calcuta. Pioz también lidera un ambicioso proyecto de la Torre Biónica en Shanghái, una megaestructura vertical de 1.228 m basada en principios biónicos. La adaptación y recuperación de construcciones existentes bajo estos principios también son resaltadas. Este enfoque desafía la arquitectura tradicional y plantea preguntas sobre la vida en ciudades verticales, pendientes de su aprobación.
Torre Biónica de Shangai. https://nanarquitectura.com/2021/05/05/la-arquitectura-bionica-y-su-equilibrio-con-la-naturaleza/18362
Todo ello nos lleva, directamente, a tener que empezar a definir un nuevo concepto: ingeniería biónica, hermanada con las estructuras de la arquitectura homónima. La ingeniería biónica se basa en los mismos principios que la arquitectura biónica, pero aplicados al diseño y desarrollo de soluciones ingenieriles. Se inspira en las formas, estructuras y procesos naturales para crear tecnologías y sistemas más eficientes y adaptativos. Al igual que en la arquitectura biónica, se busca mejorar la practicidad y la sostenibilidad al incorporar la eficiencia y la flexibilidad de la naturaleza en diseños industriales y tecnológicos. La ingeniería biónica aborda desafíos tecnológicos desde una perspectiva biológica, buscando soluciones innovadoras que optimicen el rendimiento y se adapten a entornos cambiantes. De esta forma, hay que empezar a pensar en puentes biónicos, urbanismo biónico, infraestructuras biónicas, etc. Un buen debate abierto.
Os dejo algunos vídeos donde se discuten estas ideas. Espero que os sea de interés.
Nos acaban de publicar en la Revista CIATEC-UPF (Revista de Ciências Exatas Aplicadas e Tecnológicas da Universidade de Passo Fundo, CIATEC-UPF – ISSN 2176-4565), un artículo relacionado con la optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas. Se trata de una colaboración con el profesor Moacir Kripka y está dentro del proyecto de investigación HYDELIFE.
Os paso a continuación el resumen y una copia descargable del artículo, pues está publicado en abierto. Espero que os sea de interés.
RESUMEN:
La perspectiva social es un aspecto fundamental en la construcción de infraestructuras sostenibles. Este estudio evalúa el análisis de ciclo de vida social de un marco articulado prefabricado de hormigón armado optimizado económicamente. Mediante el análisis de la contribución por fases al daño social total se identifica la fabricación como la etapa más influyente en el impacto social de la estructura. Adicionalmente, se verifica que la estructura modular presenta un impacto especialmente reducido en la etapa de construcción y final de vida útil. El análisis de los materiales y procesos más contribuyentes señala al acero de la armadura pasiva como el principal responsable tras el daño social de la estructura, seguido, pero en menor medida, por el hormigón y transporte. Los resultados destacan la importancia de considerar aspectos sociales en el desarrollo de la infraestructura de transporte, proporcionando información valiosa para responsables y partes interesadas en la toma de decisiones.
Palabras clave:
Marco articulado, prefabricado, análisis de ciclo de vida, optimización, sostenibilidad social
Acaban de publicarnos un artículo en Journal of Civil Engineering and Management, revista indexada en el primer cuartil del JCR. El artículo propone un procedimiento para evaluar la huella de carbono en la construcción de un puente basándose en la teoría de la resiliencia. La investigación proporciona modelos teóricos y datos sobre los impactos de la resiliencia ambiental y los modelos de gestión de la resiliencia de los proyectos, lo que contribuye al control dinámico y a la evaluación del desarrollo sostenible de las estructuras de puentes a gran escala en el futuro. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El artículo contribuye al campo de la construcción de puentes al abordar la evaluación del impacto ambiental durante la etapa de construcción de puentes a gran escala, utilizando un enfoque multidisciplinario. Establece un sistema modelo teórico de resiliencia al impacto ambiental, proporcionando modelos teóricos detallados y datos de experiencia analítica avanzada para los impactos de la resiliencia ambiental y modelos de gestión de la resiliencia de proyectos.
La investigación destaca los beneficios de la construcción industrializada, que puede ahorrar materiales y reducir la contaminación ambiental en comparación con los métodos de construcción tradicionales. También elimina la dificultad de evaluar con precisión los factores dinámicos discretos en la construcción de puentes.
El estudio demuestra la aplicación de la teoría de la resiliencia al análisis del impacto ambiental de la construcción de puentes, proporcionando una base científica sólida para el control dinámico y la evaluación del desarrollo sostenible de las estructuras de puentes a gran escala en el futuro.
Los resultados de esta investigación pueden servir de base para la toma de decisiones en la industria de la construcción, en particular en lo que respecta a la optimización de los métodos de construcción y la minimización de la contaminación ambiental durante la fase de construcción de puentes a gran escala.
Abstract:
The construction and management of large-scale projects have the characteristics of complexity, dynamic and offline, and how to evaluate it is a research problem accurately. This study addresses this question through multidisciplinary cross-applied research. The research analyses and optimizes the environmental impact of the construction stage of superlarge bridges by establishing a theoretical model system of environmental impact resilience. The analysis shows that industrialized construction can save 56.31% of materials compared with traditional construction but increase the consumption of machinery and personnel by 11.18%. Ultimately, environmental pollution can be significantly reduced. This study breaks through the difficulty of accurately evaluating discrete dynamic factors. It has realized the application of multidisciplinary research to solve management optimization and design problems in the elastic and dynamic changes of super-large bridges during construction. This research provides rich theoretical models and advanced analytics experience data for environmental resilience impacts and project resilience management models, laying a solid scientific foundation for dynamic control and sustainable development assessment of statically indeterminate structures in the future.
Figura 1. Encofrado fenólico. https://www.cosaor.com/alquiler-de-herramientas-para-encofrado/
El artículo 48.3 del Código Estructural es el que establece las características de los encofrados y moldes necesarios para la ejecución de estructuras de hormigón. Estos elementos deben ser resistentes para soportar las acciones durante el proceso constructivo de las estructuras de hormigón y mantener la rigidez para cumplir con las tolerancias del proyecto. Deben asegurar la estanqueidad de las juntas y evitar dañar el hormigón al retirarse.
Se recomienda seguir la norma UNE 180201 y garantizar la limpieza y alineación adecuadas. Además, en casos específicos, deben permitir el emplazamiento de las armaduras y evitar movimientos indeseados. La superficie en contacto con el hormigón debe mantener la geometría y textura previstas. Se pueden usar diferentes materiales, pero deben cumplir con los requisitos de no perjudicar las propiedades del hormigón. Es esencial asegurar la unión de elementos de seguridad complementarios a la estructura del encofrado.
A modo de resumen, las características generales que deben presentar los encofrados y moldes son los siguientes:
Estanqueidad suficiente de las juntas para evitar fugas de lechada que afecten el acabado y durabilidad del elemento.
Resistencia adecuada a las presiones del hormigón fresco y al método de compactación.
Alineación y verticalidad de los paneles, especialmente en pilares y forjados en estructuras de edificación.
Mantenimiento de la geometría sin abolladuras fuera de tolerancia.
Limpieza de residuos en el interior de los moldes.
Conservar características que permitan texturas específicas en el acabado del hormigón.
En casos de encofrados dobles o contra el terreno, garantizar la operatividad de las ventanas para el vertido del hormigón.
En elementos pretensados, permitir el correcto emplazamiento de las armaduras activas sin comprometer la estanqueidad.
Adoptar medidas para evitar movimientos indeseados en elementos de gran longitud.
Superficie encofrante que mantenga la geometría prevista y la textura especificada en el proyecto.
En encofrados susceptibles de movimiento, pueden exigirse pruebas previas para evaluar el comportamiento durante la ejecución.
Los encofrados pueden ser de diversos materiales que no afecten las propiedades del hormigón. En caso de madera, deben humedecerse previamente.
La unión de elementos complementarios para la seguridad, como barandillas, anclajes y cimbras, debe realizarse adecuadamente a la estructura resistente del encofrado.
En apretada síntesis, los encofrados y moldes deben ser seguros, resistentes y mantener la calidad del acabado del hormigón en el proceso de construcción.
Os recojo, a continuación, el artículo 48.3 del Código Estructural.
“Los encofrados y moldes deberán ser capaces de resistir las acciones a las que van a estar sometidos durante el proceso de construcción y tener la rigidez suficiente para asegurar que se van a satisfacer las tolerancias especificadas en el proyecto. Además, deberán poder retirarse sin causar sacudidas anormales ni daños en el hormigón.
Se realizarán, preferentemente, conforme a la norma UNE 180201.
Con carácter general, deberán presentar al menos las siguientes características:
estanqueidad suficiente de las juntas entre los paneles de encofrado o en los moldes, previendo que las posibles fugas de lechada por las mismas no comprometan el acabado previsto para el elemento ni su durabilidad;
resistencia adecuada a las presiones del hormigón fresco y a los efectos del método de compactación;
alineación y en su caso, verticalidad de los paneles de encofrado, prestando especial interés a la continuidad en la verticalidad de los pilares en su cruce con los forjados en el caso de estructuras de edificación;
mantenimiento de la geometría de los paneles de moldes y encofrados, con ausencia de abolladuras fuera de las tolerancias establecidas en el proyecto o, en su defecto, por este Código;
limpieza de la cara interior de los moldes, evitándose la existencia de cualquier tipo de residuo propio de las labores de montaje de las armaduras, tales como restos de alambre, recortes, casquillos, etc.;
mantenimiento, en su caso, de las características que permitan texturas específicas en el acabado del hormigón, como por ejemplo, bajorrelieves, impresiones, etc.
Cuando sea necesario el uso de encofrados dobles o encofrados contra el terreno natural, como por ejemplo, en tableros de puente de sección cajón, cubiertas laminares, etc. deberá garantizarse la operatividad de las ventanas por las que esté previsto efectuar las operaciones posteriores de vertido y compactación del hormigón.
En el caso de elementos pretensados, los encofrados y moldes deberán permitir el correcto emplazamiento y alojamiento de las armaduras activas, sin merma de la necesaria estanqueidad.
En elementos de gran longitud, se adoptarán medidas específicas para evitar movimientos indeseados durante la fase de puesta en obra del hormigón.
La superficie encofrante que estará en contacto directo con el hormigón, tanto en los encofrados como en los moldes, deberá ser capaz de mantener las características necesarias para que los elementos de hormigón estructural reproduzcan adecuadamente la geometría prevista para ellos en el proyecto, así como para dotar a las caras vistas de dichos elementos de la textura y la uniformidad especificada, en su caso, en dicho proyecto.
En los encofrados susceptibles de movimiento durante la ejecución, como por ejemplo, en encofrados trepantes o encofrados deslizantes, la dirección facultativa podrá exigir que el constructor realice una prueba en obra sobre un prototipo, previa a su empleo real en la estructura, que permita evaluar el comportamiento durante la fase de ejecución. Dicho prototipo, a juicio de la dirección facultativa, podrá formar parte de una unidad de obra.
Los encofrados y moldes podrán ser de cualquier material que no perjudique a las propiedades del hormigón. Cuando sean de madera, deberán humedecerse previamente para evitar que absorban el agua contenida en el hormigón. Por otra parte, las piezas de madera se dispondrán de manera que se permita su libre entumecimiento, sin peligro de que se originen esfuerzos o deformaciones anormales. No podrán emplearse encofrados de aluminio, salvo que pueda facilitarse a la dirección facultativa un certificado, elaborado por una entidad de control y firmado por persona física, de que los paneles empleados han sido sometidos con anterioridad a un tratamiento de protección superficial que evite la reacción con los álcalis del cemento.
En todos los casos se realizará correctamente la unión de los elementos complementarios para la seguridad (tales como: barandillas de protección, dispositivos de anclaje para redes de seguridad, dispositivos de anclaje preparados para los equipos de protección individual y, en general, cualquier otro elemento destinado a dotar de seguridad al sistema de encofrado, diseñado y fabricado por el fabricante del mismo) a la estructura resistente del encofrado o molde y, en su caso, de las cimbras y apuntalamientos”.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Encofrado desechable de sección cuadrada y rectangular. https://www.grupovalero.com/productos/soluciones-constructivas/encofrados/cuadrado/
Los encofrados desechables de cartón son la elección ideal para la construcción de columnas y pilares, especialmente cuando tienen forma redonda, aunque también sirven para formas cuadradas o rectangulares (Figura 1). Están disponibles en una amplia variedad de diámetros, que van desde 150 hasta 1300 mm, y alturas que oscilan entre 3 y 12 m, presentando un espesor de 9 mm.
Su creciente popularidad en el ámbito de la construcción se debe a la excelente calidad del acabado que proporcionan. Existen dos tipos de acabado interior: el estándar, que muestra una espiral inherente a la fabricación del encofrado, y el liso, donde el interior está revestido con bandas de K.A.P. (papel Kraft, aluminio y polietileno) para evitar juntas, logrando así una superficie completamente lisa en el pilar.
El desencofrado es un proceso rápido, con un tiempo promedio de un minuto, y permite realizar ajustes mediante simples cortes y adiciones con un serrucho y cinta adhesiva. Además, su ligereza facilita su manipulación sin esfuerzo, pudiendo manejarse el molde por una persona y sin ayuda de grúas. Los encofrados desechables pueden dejarse en su lugar durante un período prolongado para facilitar el curado y el aumento de la resistencia del concreto antes de su remoción.
En cuanto a las opciones disponibles, destacan:
“Gran diámetro”: una serie de encofrados circulares desechables diseñados para diámetros de 650 a 1500 mm.
“Cuadrado”: un sistema de encofrado para pilares con secciones cuadradas o rectangulares, obtenido mediante la combinación de un contramolde exterior cilíndrico y un molde interior de poliestireno expandido. La altura estándar es de 3 o 4 m, y las secciones pueden ser de cualquier combinación, desde 200 hasta 1000 mm. El aislamiento térmico del encofrado permite que el hormigón fragüe con su propia humedad.
Figura 2. Encofrado de cartón para columnas y pilares. https://www.grupovalero.com/productos/soluciones-constructivas/encofrados/cuadrado/
Una de las cualidades más sobresalientes es el acabado pulido de las superficies y la ausencia de uniones, lo que garantiza resultados estéticos muy atractivos y de alta calidad. No obstante, uno de los inconvenientes es que, en ciertos casos donde el soporte quedará visible, puede dejar una línea en espiral marcada en la superficie.
Para garantizar la calidad del hormigonado, es esencial retirar cuidadosamente el encofrado en el área correspondiente, rompiendo el molde a lo largo de su generatriz, para así detectar posibles defectos en el hormigón. Luego de esta comprobación, se recomienda volver a fijar el encofrado con alambre o cinta de embalar para prevenir cualquier daño durante la ejecución de la obra.
Entre los fallos que pueden surgir al utilizar este tipo de encofrados, se destacan los siguientes:
Si el acabado interior es de plástico, cualquier corte en la lámina puede provocar que el hormigón se filtre entre la lámina y el revestimiento exterior. Por tanto, es fundamental evitar dañar el interior al insertar el molde entre las armaduras.
En el caso de los revestimientos interiores hechos de cartón plastificado, el problema suele ser su adherencia puntual al hormigón. Ocasionalmente, el molde puede deformarse si se golpea durante el almacenamiento en obra, lo que se reflejará en el soporte hormigonado.
Es imprescindible asegurarse de que los moldes estén limpios en su interior, sin restos de ningún tipo.
En conclusión, los encofrados de cartón son una opción popular para la construcción de columnas y pilares debido a su excelente acabado. Sin embargo, es importante tomar precauciones para evitar posibles problemas durante el proceso de hormigonado. Con un manejo adecuado y verificaciones oportunas, se pueden obtener resultados sobresalientes con este tipo de encofrados.
Os dejo algunos vídeos sobre este tipo de encofrado. Espero que os sean de interés.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Encofrado de aluminio. https://construccionesrmc.com/tipos-de-encofrados/
Los encofrados tienen la función de moldear el hormigón según el tamaño y la forma deseados, además de controlar su posición y alineación. Sin embargo, más que simplemente ser moldes, los encofrados son estructuras temporales que soportan su propio peso, el del hormigón recién colocado y las cargas vivas de la construcción, que incluyen materiales, equipos y personal.
El encofrado es una estructura temporal en el sentido de que se construye rápidamente, soporta una carga elevada durante unas pocas horas durante el vertido del hormigón, y se desmonta en pocos días para ser reutilizada en el futuro. Además, otros elementos clásicos en su naturaleza temporal son las conexiones, refuerzos, anclajes y dispositivos de ajuste necesarios para los encofrados.
En el caso de los encofrados de hormigón, la noción de “estructuras temporales” no refleja completamente la realidad. De hecho, los encofrados, sus componentes y accesorios se utilizan una y otra vez a lo largo de su vida útil. Por esta razón, es esencial emplear materiales altamente duraderos y de fácil mantenimiento. El diseño del encofrado debe permitir su montaje y desmontaje eficiente para maximizar la productividad en las obras. El proceso de desmontaje o desencofrado de los encofrados depende de factores como la adherencia entre el hormigón y el encofrado, así como la rigidez y contracción del hormigón. En lo posible, los encofrados deberían permanecer en su lugar durante todo el período de curado.
Sin embargo, para lograr su reutilización, es crucial determinar el momento óptimo para retirarlos, lo cual se basa en señales como la ausencia de deflexiones o distorsiones excesivas y la inexistencia de grietas u otros daños en el hormigón debido a la remoción del encofrado o sus apoyos. En cualquier caso, los encofrados no deben retirarse hasta que el hormigón haya alcanzado la suficiente dureza para soportar su propio peso y cualquier otra carga adicional que pueda tener. La superficie del hormigón también debe ser lo suficientemente resistente como para no dañarse ni marcarse al retirar cuidadosamente los encofrados.
Figura 2. Encofrado metálico. https://www.arcus-global.com/wp/funcion-y-tipos-de-encofrados/
En los procedimientos constructivos que emplean encofrados, los principales objetivos son garantizar la calidad, asegurar la seguridad tanto para los trabajadores como para la estructura de hormigón, y buscar soluciones económicas que cumplan con los requisitos de calidad y seguridad. Para lograr estos objetivos, es esencial una buena cooperación y coordinación entre el proyectista y el contratista. La economía es especialmente relevante, pues los costos de los encofrados pueden representar entre el 25% y el 35% del coste total de la estructura.
Tabla 1. Distribución de los costes asignados a cada una de las unidades componentes de la estructura de hormigón (Concrete Society, 1995)
Concepto
Coste del material
Coste de mano de obra y varios
% del coste total
Hormigón
12%
8%
20%
Armaduras
19%
6%
25%
Encofrados y cimbras
8%
27%
35%
Varios
13%
7%
20%
Total
52%
48%
100%
Por tanto, si se tuviera que reducir el coste del encofrado, se deberían atender a los siguientes aspectos:
1. Planificación para el máximo reuso: Diseñar encofrados para un uso máximo puede implicar una mayor inversión en su resistencia y costo inicial, pero esto puede resultar en ahorros significativos en el costo total del proyecto.
2. Construcción económica del encofrado:
Utilizar encofrados prefabricados en taller: Proporciona la máxima eficiencia en condiciones de trabajo y en el empleo de materiales y herramientas.
Establecer un área de taller en el lugar de la obra: Ideal para encofrados de secciones grandes o cuando los costos de transporte son altos.
Emplear encofrados construidos en el lugar de la obra: Adecuados para trabajos más pequeños o cuando los encofrados deben adaptarse al terreno.
Alquilar encofrados prefabricados (mayor flexibilidad para ajustarse al volumen de trabajo).
3. Colocación y desmontaje:
Repetir tareas para incrementar la eficiencia del equipo a medida que avanza el trabajo.
Utilizar conexiones metálicas con abrazaderas o pasadores especiales que sean seguros y fáciles de montar y desmontar.
Incorporar características adicionales que faciliten el manejo, montaje y desmontaje, como asas o puntos de elevación.
4. Grúas y montacargas:
Limitar el tamaño de las secciones del encofrado a la capacidad de la grúa más grande planificada para el trabajo.
Completar las torres de escaleras temprano en el cronograma para utilizarlas en el traslado de personal y materiales.
Dejar una bahía abierta para permitir el movimiento de grúas móviles y camiones de hormigón.
5. Montaje de armadura:
El diseño del encofrado puede permitir que las barras de refuerzo se ensamblen previamente antes de la instalación, lo que crea condiciones más favorables.
6. Colocación del hormigón:
Los levantamientos altos en la construcción de paredes pueden dificultar la colocación y vibración del hormigón.
La tasa de colocación está limitada por el diseño del encofrado.
Implementar estrategias de reducción de costos en estas áreas clave contribuirá a una construcción más eficiente y rentable, sin comprometer la calidad y seguridad del proyecto.
Referencias:
CONCRETE SOCIETY (1995). Formwork: A guide to good practice. Concrete Society Special Publication CS030. 2nd edition, London, 294 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Acaban de publicarnos un artículo en Engineering Structures, revista indexada en el primer cuartil del JCR. El artículo propone una estrategia de optimización metaheurística asistida por metamodelos para minimizar las emisiones de CO₂ de las estructuras de armazón de hormigón armado, teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura. El enfoque permite abordar problemas de optimización estructural de alta complejidad y, al mismo tiempo, lograr un ahorro computacional de alrededor del 90%. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Las contribuciones de este trabajo son las siguientes:
El artículo propone una estrategia de optimización metaheurística asistida por metamodelos para minimizar las emisiones de CO₂ de las estructuras de armazón de hormigón armado, teniendo en cuenta la interacción suelo-estructura.
El enfoque sugerido permite abordar problemas de optimización estructural de alta complejidad y, al mismo tiempo, lograr un ahorro computacional de alrededor del 90%.
El estudio muestra que incluir la interacción suelo-estructura conduce a resultados de diseño diferentes a los obtenidos con los soportes clásicos, y que los cimientos también resultan importantes dentro del ensamblaje estructural.
El enfoque metaheurístico permite obtener resultados (de media) con una precisión de hasta el 98,24% en los suelos cohesivos y del 98,10% en los suelos friccionales, en comparación con los resultados de la optimización heurística.
Abstract:
It is well known that conventional heuristic optimization is the most common approach to deal with structural optimization problems. However, metamodel-assisted optimization has become a valuable strategy for decreasing computational consumption. This paper applies conventional heuristic and Kriging-based meta-heuristic optimization to minimize the CO2 emissions of spatial reinforced concrete frame structures, considering an aspect usually ignored during modeling, such as the soil-structure interaction (SSI). Due to the particularities of the formulated problem, there are better strategies than simple Kriging-based optimization to solve it. Thus, a meta-heuristic strategy is proposed using a Kriging-based two-phase methodology and a local search algorithm. Three different models of structures are used in the study. Results show that including the SSI leads to different design results than those obtained using classical supports. The foundations, usually ignored in this type of research, also prove significant within the structural assembly. Additionally, using an appropriate coefficient of penalization, the meta-heuristic approach can find (on average) results up to 98.24% accuracy for cohesive soils and 98.10% for frictional ones compared with the results of the heuristic optimization, achieving computational savings of about 90%. Therefore, considering aspects such as the SSI, the proposed metamodeling strategy allows for dealing with high-complexity structural optimization problems.
Tengo el placer de compartir un artículo que se ha publicado en la revista IC Ingeniería Civil, que es una publicación mensual editada por el Colegio de Ingenieros Civiles de México. En este artículo se analiza el uso de la inteligencia artificial en la ingeniería civil, incluyendo la toma de decisiones, gestión de proyectos y monitorización de infraestructura. Destaca las oportunidades de la IA para elevar la calidad y la seguridad de las infraestructuras, reducir costos y acelerar la resolución de problemas complejos. También se señalan los desafíos y la necesidad de una colaboración interdisciplinaria para garantizar su utilización responsable y efectiva.
El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Figura 1. Cubetas de plástico recuperable. https://www.ulmaconstruction.es/es-es/encofrados/encofrados-losas/encofrado-recuperable-forjado-reticular-recub
Las cubetas o bañeras son elementos de uso frecuente en forjados bidireccionales. Se presentan en dimensiones habituales de 80/80 – 90/90 y un espesor de 25/40 cm. Estos moldes, fabricados en plástico, ofrecen diversas ventajas, como su ligereza, resistencia al impacto, inmunidad al óxido y capacidad para generar superficies de hormigón lisas.
Es importante realizar una limpieza minuciosa después de cada uso, eliminando los residuos de hormigón con espátulas y aplicando agua a presión para garantizar una limpieza completa. La mayoría de estas cubetas incorpora una válvula que permite inyectar aire a presión en caso de que queden adheridas al hormigón, facilitando así su desencofrado.
Su vida útil puede variar, siendo de alrededor de dos años con un trato normal, un año con un trato descuidado y hasta cuatro años con una manipulación cuidadosa.
Cabe destacar que, en caso de rotura, estas piezas pueden ser reparadas mediante soldadura, aunque la decisión de reparar o reemplazar dependerá principalmente de criterios económicos, ya que el costo de reparación podría superar el de fabricación de una nueva pieza.
Figura 2. Forjado reticular de casetones recuperables. Imagen de Enrique Alario https://twitter.com/EnriqueAlario/status/1027113674455048192
Para prolongar la vida útil de las cubetas, es fundamental evitar ciertas prácticas. Se debe evitar tirar las piezas durante el desencofrado, instalarlas sin limpieza previa o sin aplicar desencofrantes, arrojar piezas del encofrado metálico sobre ellas, desplazarlas arrastrándolas sobre el forjado y apilarlas al aire libre sin protección. La exposición a la lluvia y al frío puede deformarlas.
Asimismo, en el mercado existen sistemas innovadores con piezas modulares plásticas que permiten un montaje rápido y ordenado desde la superficie de apoyo, gracias a su ligereza. También hay disponibles cubetas no recuperables (perdidas) diseñadas específicamente para forjados sanitarios, capaces de soportar sobrecargas de hasta 1000 kg/m².
Os dejo unos vídeos explicativos, que creo son de interés.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, 750 pp.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
Figura 1. Aplicación de un producto desencofrante. https://www.libreriaingeniero.com/2019/06/desencofrantes-tipos-usos-y-ventajas.html
El desencofrante es un producto químico diseñado para evitar que el hormigón o el mortero se adhieran al retirar el encofrado, lo que permite mantener la superficie encofrante en óptimas condiciones. Su uso proporciona una serie de ventajas significativas: ofrece un desencofrado rápido y eficaz, sin ser tóxico ni dañar el medio ambiente. Además, no mancha el hormigón y contribuye a prolongar la vida útil del encofrado, reduciendo el desgaste de la madera. Un punto importante es que no ataca ni afecta a los moldes metálicos ni a las partes de goma que conforman cualquier tipo de encofrado. Al ser altamente eficiente, su rendimiento es notable y, por ende, resulta económico. Utilizar este desencofrante ahorra tiempo y mano de obra en la limpieza posterior de los encofrados, lo que lo convierte en una opción valiosa y conveniente para proyectos de construcción y obras de hormigón.
Es fundamental emplear exclusivamente productos desencofrantes de fabricación industrial, proporcionando al director de ejecución información detallada sobre su marca, tipo y composición. Estos productos deben seleccionarse cuidadosamente para asegurar que no afecten la calidad ni el aspecto del hormigón, y su aplicación debe llevarse a cabo de forma meticulosa para evitar cualquier contacto con las armaduras activas o pasivas.
La razón principal para emplear estos productos radica en su capacidad para evitar la adherencia entre el hormigón y el encofrado, creando una película hidrófuga sobre la superficie del hormigón. No obstante, es crucial tener en cuenta que en ningún caso deben entrar en contacto con las armaduras, pues podría perjudicar la adherencia adecuada con el hormigón. Para mitigar cualquier riesgo asociado, se deben usar separadores que garanticen una correcta distancia y eviten cualquier posibilidad de contacto no deseado entre el producto desencofrante y las armaduras. Al seguir estas precauciones, se asegura un acabado óptimo y duradero en las estructuras de hormigón.
Los productos de este tipo deben cumplir con una serie de características fundamentales. En primer lugar, deben permitir una aplicación sencilla en capas continuas y uniformemente delgadas, sin provocar coqueras, variaciones de color u otros defectos en la superficie del hormigón. Es esencial que no se mezclen con el agua para evitar que penetren en el hormigón y alteren el fraguado. Asimismo, es importante que no reaccionen ni con el hormigón ni con el encofrado. Además, se espera que proporcionen una mayor durabilidad al encofrado, permitiendo un aumento en el número de usos. Durante su aplicación, no deben generar efectos nocivos como dermatitis o alergias en los operarios que los manipulan. Por último, deben facilitar la limpieza de los moldes, garantizando así un proceso más eficiente y efectivo en su utilización.
No obstante, la acción aislante de estos productos desmoldantes se ve limitada por la baja resistencia de la película a los efectos de temperatura y abrasión. Los desmoldantes basados en procesos químicos forman películas que ofrecen una mayor resistencia, pues la reacción entre la pasta de cemento y el producto crea una capa jabonosa que asegura una clara separación entre el hormigón y el encofrado. Para seleccionar el desmoldante adecuado, se realizan pruebas en un muro de muestra, teniendo en cuenta todos los factores que puedan influir en un proyecto específico.
Existen distintos tipos de desmoldantes, entre ellos:
Aceites: Los desmoldantes de aceites minerales puros tienden a dejar residuos en el hormigón y su efecto separador es pequeño, basándose principalmente en procesos físicos. Se recomiendan para tareas simples de desencofrado con poca exigencia en la calidad del acabado superficial del hormigón. Algunos productos de aceite mineral incorporan aditivos para mejorar su efecto separador mediante la combinación de procesos físicos y químicos para lograr un mejor rendimiento.
Emulsiones: Las emulsiones se dividen en dos tipos: agua en aceite y aceite en agua, siendo estas últimas más estables. Las emulsiones de aceite en agua se suministran como concentrados de aceite a los cuales se les agrega un determinado volumen de agua in situ. El efecto separador de estas emulsiones depende del índice de concentración. Al agregar agua a los desencofrantes más comunes del mercado, se observa que en ninguno de los casos es fácil removerlos con agua, pues el líquido resbala sobre la película formada.
La forma más sencilla de aplicar estos productos es mediante nebulización a presión, aunque en muchas ocasiones también se utilizan métodos convencionales como brocha o rodillo, siempre buscando obtener una capa delgada y uniforme. Es imprescindible que la superficie de los encofrados sobre los que se aplicará el producto esté completamente limpia y preparada. En el caso de encofrados de madera, es necesario saturarlos previamente con agua antes de aplicar el producto de desmoldeo. Si se trata de hormigones vistos, se recomienda realizar ensayos previos antes de seleccionar los productos adecuados. La elección cuidadosa y la correcta aplicación de estos productos son fundamentales para obtener un resultado óptimo y garantizar la calidad del acabado.
El artículo 48.4 del Código Estructural indica lo siguiente respecto a los productos desencofrantes:
“Salvo indicación expresa de la dirección facultativa, el constructor podrá seleccionar los productos empleados para facilitar el desencofrado y el fabricante de elementos prefabricados los correspondientes al desmoldeo. Los productos serán de la naturaleza adecuada y deberán elegirse y aplicarse de manera que no sean perjudiciales para las propiedades o el aspecto del hormigón, que no afecten a las armaduras o los encofrados, y que no produzcan efectos perjudiciales para el medioambiente. No se permitirá la aplicación de gasóleo, grasa corriente o cualquier otro producto análogo.
Además, no deberán impedir la posterior aplicación de revestimientos superficiales, ni la posible ejecución de juntas de hormigonado.
Previamente a su aplicación, el constructor facilitará a la dirección facultativa un certificado, firmado por persona física, que refleje las características del producto desencofrante que se pretende emplear, así como sus posibles efectos sobre el hormigón.
Se aplicarán en capas continuas y uniformes sobre la superficie interna del encofrado o molde, debiéndose verter el hormigón dentro del período de tiempo en el que el producto sea efectivo según el certificado al que se refiere el párrafo anterior”.
A continuación os dejo un catálogo de la empresa Fuchs que incluye los desencofrantes.
Os dejo un vídeo sobre desencofrates. Espero que os sea de interés.
Referencias:
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441.
MONTERO, E. (2006). Puesta en obra del hormigón. Consejo General de la Arquitectura Técnica de España, 750 pp.
PEURIFOY, R.L. (1967). Encofrados para estructuras de hormigón. McGraw-Hill y Ediciones Castillo, Madrid, 344 pp.
RICOUARD, M.J. (1980). Encofrados. Cálculo y aplicaciones en edificación y obras civiles. Editores Técnicos Asociados, S.A. Barcelona, 312 pp.
El otro día estuve escuchando en Radio Nacional una entrevista muy interesante que hizo el periodista Miguel Ángel Domínguez sobre “arquitectura biónica” a la arquitecta y catedrática Rosa Cervera. La podéis escuchar en este enlace: https://www.rtve.es/play/audios/la-entrevista-de-radio-5/entrevista-radio-5-rosa-cervera/6828542/
