El constructor debe definir y desarrollar un sistema de seguimiento que verifique la conformidad de la ejecución de los trabajos. Para ello debe desarrollar dos documentos. Por una parte el plan de obra, que también se llama «cronograma» en el Código Estructural, y el procedimiento de autocontrol de la ejecución de la estructura (también llamado «programa de autocontrol». Ambos documentos desarrollan el plan de control definido en el proyecto. Entre los tres, darán lugar al programa de control que deberá aprobar la dirección facultativa. Por cierto, ya comentamos en un artículo anterior la confusión de términos cuando se mezclan «plan» y «programa» con «control» y «autocontrol». El Código Estructural se merece que se simplifiquen y aclaren los términos.
El plan de obra lo debe redactar el constructor antes del inicio de los trabajos. El Código también lo llama cronograma para enfatizar el hecho de poner plazos a lo planificado por el constructor. Téngase en cuenta que, junto con el plan de control del proyecto y el programa de autocontrol del constructor, el plan de obra sirve de base al programa de control que debe aprobar la dirección facultativa.
Los contenidos mínimos que debe disponer el sistema de seguimiento de la obra del constructor (plan de obra y programa de autocontrol) son los siguientes:
El plan de obra o cronograma.
El sistema de gestión de los materiales, productos y elementos que se vayan a colocar en la obra, para garantizar su trazabilidad.
Las particularidades, con relación a los medios, procesos y actividades, para ejecutar la obra.
Las comprobaciones a realizar en el seguimiento de la ejecución, incluyendo su justificación, designación del responsable y de cumplimiento con el proyecto y lo establecido en el Código. Los resultados se documentarán por el constructor en los registros de autocontrol.
El concepto «programa de autocontrol» se puede encontrar disperso a lo largo del Código Estructural. Según el Art. 17 Criterios generales para la gestión de la calidad de las estructuras, el procedimiento de autocontrol del constructor es el sistema de aseguramiento de la calidad propio que incluye las evidencias necesarias para dar cumplimiento a los requerimientos del control e inspección establecidos en el correspondiente proyecto de ejecución y en el Código Estructural. Pero las ideas fundamentales las podemos ver en el Art. 19 Plan y programa de control, Art. 22 Control de la conformidad de los procesos de ejecución, Art. 22.1 Control de la ejecución mediante comprobación del control de producción del constructor y Art. 22.2 Control de la ejecución mediante inspección de los procesos.
A continuación os dejo un mapa conceptual donde se aclaran las relaciones del programa de autocontrol del constructor con otros aspectos del seguimiento de la ejecución (Figura 2).
Figura 2. Mapa conceptual sobre el control de la ejecución de una obra según el Código Estructural. Imagen: V. Yepes.
Figura 1. Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
En varios artículos anteriores detallamos los antecedentes, la motivación, las hipótesis de partida, así como la trascendencia del proyecto de investigación HYDELIFE. Ahora vamos a explicar los objetivos y la metodología de este proyecto, del cual soy investigador principal: Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos (PID2020-117056RB-I00). Los investigadores de este proyecto pertenemos al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH).
El objetivo general perseguido se basa en afrontar el reto social que supone la creación y la conservación de las construcciones modulares y puentes mixtos en escenarios de fuertes restricciones presupuestarias, mediante la resolución de los problemas complejos planteados en el ámbito de las decisiones públicas y privadas. Para ello se precisa un salto científico capaz de integrar a los distintos actores y grupos de expertos en la toma de decisiones considerando criterios de sostenibilidad social y ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de las infraestructuras considerando la variabilidad inherente al mundo real. Para integrar las incertidumbres que afectan al sistema, se propone aplicar técnicas metaheurísticas híbridas basadas en fiabilidad, aplicadas no sólo al proyecto de nuevas estructuras, sino al mantenimiento de las actuales. Un estudio de sensibilidad de los escenarios presupuestarios y de las hipótesis tomadas en los inventarios del análisis del ciclo de vida proporcionará conocimiento no trivial sobre las mejores prácticas. Esta metodología será aplicable también a otro tipo de infraestructuras.
El objetivo general se desarrollará mediante los objetivos específicos mostrados en la Figura 2 y que se describen a continuación, de los cuales será responsable el investigador principal:
OE-1: Análisis de funciones de distribución específicas para el diseño óptimo basado en fiabilidad que integre aspectos ambientales, sociales y económicos que sirva para la toma de decisión multicriterio.
OE-2: Determinación de indicadores clave basados en redes bayesianas y lógica neutrosófica para garantizar una efectiva integración de la sostenibilidad ambiental y social en la licitación de proyectos mantenimiento de construcciones modulares, puentes mixtos e híbridos.
OE-3: Identificación de estrategias de mantenimiento robusto óptimo de construcciones modulares y puentes mixtos y estructuras híbridas.
OE-4: Formulación y resolución del problema de optimización multiobjetivo que contemple el ciclo completo de construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas mediante metaheurísticas híbridas.
OE-5: Comparación del diseño robusto óptimo respecto a la optimización heurística considerando incertidumbres en los escenarios presupuestarios y en las hipótesis del análisis del ciclo de vida.
OE-6: Difusión de resultados y redacción de informes.
Figura 2.- Objetivos específicos del proyecto HYDELIFE
Metodología propuesta en relación con los objetivos y con el estado del arte
El análisis del estado del arte alumbró dos huecos en la investigación, el empleo de metaheurísticas híbridas con Deep Learning y su aplicación a construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas. Además, el empleo de la lógica neutrosófica y las redes bayesianas abre puertas en el ámbito de la decisión multicriterio. Estas novedades se combinan en la metodología con técnicas y disciplinas ya empleadas en otros proyectos: análisis del ciclo de vida, análisis basado en fiabilidad, diseño óptimo robusto, metamodelos y técnicas de minería de datos. Por tanto, se trata de una combinación integrada cuyo objetivo es la priorización del tipo de diseño, en el caso de estructuras de nueva planta, o bien de su mantenimiento, basándose en criterios de sostenibilidad social y ambiental bajo presupuestos restrictivos, considerando la variabilidad inherente a los problemas reales.
La Figura 3 muestra el esquema metodológico propuesto para HYDELIFE, relacionando las fases con los objetivos propuestos. Se utiliza un enfoque mixto e interactivo, donde el decisor proporciona información sobre las preferencias al analista que, tras una optimización multiobjetivo basada en fiabilidad y metamodelos, aporta un conjunto de soluciones eficientes que el responsable debe evaluar antes de tomar su decisión. Por tanto, la novedad de la propuesta metodológica trifase se basa en la integración de técnicas de información a priori, donde el decisor (grupos de interés) informa de las preferencias al analista (en cuanto a tipologías, métodos constructivos, conservación, etc.), produciéndose con esta información una optimización multiobjetivo capaz de generar alternativas eficientes utilizando la variabilidad en los parámetros, variables y restricciones. La última fase pasa por un proceso de información a posteriori para que el decisor contemple aspectos no considerados en la optimización para dar la solución final completa.
Figura 3.- Esquema metodológico diseñado para HYDELIFE en relación con los objetivos
Proyecto de Investigación:
Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00. Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER. Investigador Principal: Víctor Yepes.
En este momento llevamos seis meses de trabajo, pues el proyecto comenzó en septiembre del 2021. Pero ya podemos dar algunos resultados que se pueden ver en la siguiente lista de referencias.
Referencias:
MARTÍNEZ FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA SANCHIS, I.; INSA FRANCO, R.; YEPES, V. (2022). Slab track optimisation using metamodels to improve rail construction sustainability. Journal of Construction Engineering and Management, (accepted, in press).
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision-making applied to the sustainability of building structures based on Modern Methods of Construction.Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for the structure of single-family homes. Environmental Impact Assessment Review, 89:106572. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106572
Los procesos realizados durante la construcción de una estructura se someten a un estricto control, tanto en el actual Código Estructural, como en la anterior Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. El Artículo 22 del Código es el que trata del control de la conformidad de los procesos de ejecución, mientras que en la EHE-08 lo hacía el Artículo 79.4. Sin embargo, existen novedades en el contenido y alcance, así como algunas incongruencias de las que hablaremos a continuación .
Aparte del cambio de nombre en el artículo (se añade la palabra «control»), lo más destacable en la actual redacción del Código es la inclusión de dos subapartados nuevos que son la programación y los niveles de control de ejecución. Estos añadidos se suman a los dos anteriores: control de la ejecución mediante comprobación del control de producción del constructor y control de la ejecución mediante inspección de los procesos. Con todo, incluso estos dos apartados han sido objeto de cambios. Vamos a analizarlos a continuación.
En la descripción del Artículo 22 se ha añadido un primer párrafo donde se explicita que el control de la ejecución de las estructuras, a través de sus procesos constructivos, es obligatorio. Es la dirección facultativa la que se responsabiliza de su conformidad con el proyecto y con lo indicado en el propio Código. Tal y como se ha comentado en alguna entrada anterior del blog, este énfasis implica una elevada responsabilidad en la calidad del proyecto. Cualquier errata u omisión, o bien una modificación posterior en obra, son aspectos que no vendrían recogidos en el proyecto original.
Se ha incluido de forma expresa que una entidad de control podrá ser el medio por el cual la dirección facultativa controlaría la ejecución de la estructura, en el caso de que no lo hiciera directamente. No obstante, la responsabilidad última sigue siendo de la dirección facultativa.
Lo que antes era el plan de autocontrol del constructor, ahora se desdobla en dos documentos del constructor: el plan de obra (también llamado «cronograma» en el Artículo 19 del Código Estructural) y el programa de autocontrol. Hubiera sido deseable que los términos utilizados en los distintos artículos fuesen consistentes entre sí. Por ejemplo, el Artículo 19 se refiere al «procedimiento de autocontrol» (Figura 2), mientras que en el Artículo 22 se llama «programa de autocontrol». Recordemos que el programa de control que tiene que aprobar la dirección facultativa se basa en el plan de control del proyecto y en el plan de obra y procedimiento de autocontrol del constructor. En una entrada anterior del blog se explicaron estos conceptos y a él me remito.
Figura 2. Nomenclatura seguida en el Artículo 19 del Código Estructural. Elaboración propia.
También se puntualiza en el Artículo 22.1 relativo al control de producción del constructor lo que se entiende como programa de autocontrol. Se trata de contemplar las particularidades concretas de la obra atendiendo a los medios, procesos y actividades. Además, la responsabilidad de registrar las comprobaciones recaen en el constructor, en los llamados registros de autocontrol.
Otra novedad a comentar es el papel de la dirección facultativa en la inspección de los procesos. Se ha añadido en el Artículo 22.2 que la dirección facultativa actúa en representación de la propiedad y tiene la obligación de efectuar el control de la ejecución y comprobar los registros de autocontrol del constructor. Asimismo, se incluye un párrafo donde se posibilita a la dirección facultativa de eximir de la realización de inspecciones externas aquellos procesos de ejecución que posean un distintivo de calidad oficialmente reconocido. Es evidente que el legislador resalta en numerosas ocasiones a lo largo del Código Estructural que la dirección facultativa no actúa en interés propio, sino representando a la propiedad. Además, se explicitan responsabilidades que, si bien parecían obvias, no quedaban reflejadas expresamente en la redacción de estos artículos.
Se ha incluido como novedad el Artículo 22.3 sobre programación del control de la ejecución. A pesar del nombre del artículo, realmente trata de la programación del autocontrol de la ejecución del constructor. Aquí se incluyen los niveles de control y clases de ejecución, los lotes de ejecución, las unidades de inspección y las frecuencias de comprobación. Como crítica a la redacción de este artículo cabe mencionar la confusión en los términos: «programación del control» y «programación del autocontrol» de este artículo 22.3 se confunden con el «programa de control» y el «procedimiento de autocontrol» descritos en el referido Artículo 19 (Figura 2).
Por último, otra novedad es el Artículo 22.4 sobre los niveles de control de la ejecución. Se contemplan dos niveles de control, a nivel normal y a nivel intenso, ambos descritos en el Artículo 14 del Código. Además, se exige que en el nivel intenso, el constructor debe estar certificado conforme a la norma UNE-EN ISO 9001 para el alcance de las actividades de ejecución requeridas.
Como resumen de todo lo anterior, cabe criticar la redacción de algunos de los conceptos clave que se manejan en el Código. Si bien este tipo de normativa deriva de otras anteriores, también es cierto que parece claro que son varios los redactores de los artículos del Código, con inconsistencias que deberían corregirse en este tipo de documento. Para aclarar los conceptos a los lectores diremos que «cronograma» equivale a «plan de obra» y que «procedimiento de autocontrol» es lo mismo que «programa de autocontrol». Además, en la Figura 3 hemos puesto los conceptos que se manejan en el Código y los responsables de cada uno de ellos. En fin, que hace falta una guía para entender la combinación de palabras que se pueden ver en el texto de la norma.
Figura 3. Combinación de conceptos manejados en el Código Estructural y los responsables de cada uno de ellos. Elaboración propia.
Para aclarar al lector les diría lo siguiente: en el caso de un control de nivel intenso de la ejecución, la empresa constructora debe estar certificada con la norma ISO 9001. Ello implica que, para cada una de las estructuras que realice, debe disponer de un procedimiento de autocontrol conforme a esta norma. Si la constructora no dispone de este certificado de gestión de la calidad, el Código Estructural también le obliga a redactar un procedimiento de autocontrol. Por tanto, la conclusión parece evidente: sea cual sea el nivel de control de la ejecución de una estructura, el Código empuja a las empresas constructoras a tener certificado su sistema de gestión de la calidad.
Os he grabado un vídeo explicativo sobre este asunto. Espero que os sea de interés.
Os dejo a continuación la transcripción del artículo 22 del Código Estructural para su consulta.
Artículo 22. Control de la conformidad de los procesos de ejecución.
El control de la ejecución, establecido como preceptivo por este Código, tiene por objeto comprobar que los procesos realizados durante la construcción de la estructura, se organizan y desarrollan de forma que la dirección facultativa pueda asumir su conformidad respecto al proyecto, de acuerdo con lo indicado en este Código.
Durante la construcción de la estructura, la dirección facultativa controlará la ejecución de cada parte de la misma, bien directamente o a través de una entidad de control, verificando su replanteo, los productos que se utilicen y la correcta ejecución y disposición de los elementos constructivos. Efectuará cualquier comprobación adicional que estime necesaria para comprobar la conformidad con lo indicado en el proyecto, la reglamentación aplicable y las órdenes de la propia dirección facultativa. Comprobará que se han adoptado las medidas necesarias para asegurar la compatibilidad entre los diferentes productos, elementos y sistemas constructivos.
El control de la ejecución comprenderá:
a) la comprobación del control de producción del constructor, y b) la realización de inspecciones de los procesos durante la ejecución.
22.1 Control de la ejecución mediante comprobación del control de producción del constructor.
El constructor tiene la obligación de definir y desarrollar un sistema de seguimiento, que permita comprobar la conformidad de la ejecución. Para ello, elaborará el plan de obra y el programa de autocontrol de la ejecución de la estructura, desarrollando el plan de control definido en el proyecto.
El programa de autocontrol contemplará las particularidades concretas de la obra, relativas a medios, procesos y actividades y se desarrollará el seguimiento de la ejecución de manera que permita a la dirección facultativa comprobar la conformidad con las especificaciones del proyecto y lo establecido en el Código. Para ello, los resultados de todas las comprobaciones realizadas serán documentados por el constructor, en los registros de autocontrol.
El programa de autocontrol deberá ser aprobado por la dirección facultativa antes del inicio de los trabajos.
Los resultados de todas las comprobaciones realizadas en el autocontrol deberán registrarse en un soporte, físico o electrónico, que deberá estar a disposición de la dirección facultativa. Cada registro deberá estar firmado por la persona física que haya sido designada por el constructor para el autocontrol de cada actividad.
Durante la obra, el constructor deberá mantener a disposición de la dirección facultativa un registro permanentemente actualizado, donde se reflejen las designaciones de las personas responsables de efectuar en cada momento el autocontrol relativo a cada proceso de ejecución. Una vez finalizada la obra, dicho registro se incorporará a la documentación final de la misma.
Además, en función del nivel de control de la ejecución, el constructor definirá un sistema de gestión de los acopios suficiente para conseguir la trazabilidad requerida de los productos y elementos que se colocan en la obra.
22.2 Control de la ejecución mediante inspección de los procesos.
La dirección facultativa, en representación de la propiedad, tiene la obligación de efectuar el control de la ejecución, comprobando los registros del autocontrol del constructor y efectuando las inspecciones puntuales de los procesos de ejecución que sean necesarios, según lo especificado en proyecto, lo establecido por este Código o lo ordenado por la propia dirección facultativa. Para ello, la dirección facultativa podrá contar con la asistencia técnica de una entidad de control de calidad, de acuerdo con el apartado 17.2.2.
En su caso, la dirección facultativa podrá eximir de la realización de las inspecciones externas para aquellos procesos de la ejecución de la estructura que se encuentren en posesión de un distintivo de calidad oficialmente reconocido.
22.3 Programación del control de ejecución.
La programación del autocontrol de la ejecución identificará, entre otros aspectos, los siguientes:
– niveles de control y clases de ejecución – lotes de ejecución, – unidades de inspección, – frecuencias de comprobación.
22.4 Niveles de control de la ejecución.
A los efectos de este Código, se contemplan dos niveles de control:
a) Control de ejecución a nivel normal (conforme al Artículo 14) b) Control de ejecución a nivel intenso (conforme al Artículo 14)
Cuando se realice un control de ejecución a nivel intenso el constructor deberá estar en posesión de un sistema de la calidad certificado conforme a la UNE-EN ISO 9001, obtenido de una entidad certificada confirme a la UNE-EN ISO/IEC 17021 para el alcance de las actividades de ejecución requeridas.
La aparición del Código Estructural, aprobado por el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, supone ciertas novedades en el ámbito de la construcción de nuestro país. Independientemente de la pertinencia de esta nueva norma en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. En este nuevo contexto, vamos a revisar de forma somera cómo se trata la calidad de las estructuras. Para ello tengamos en cuenta que el Código Estructural presenta cuatro títulos: Bases generales, Estructuras de hormigón, Estructuras de Acero y Estructuras mixtas; además de 32 Anejos, un total de 1789 páginas del Boletín Oficial del Estado.
La palabra «calidad» aparece en el nuevo código un total de 458 veces, frente a las 213 apariciones que tuvo en la anterior Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Este aumento se debe a la inclusión de las estructuras de acero y mixtas en el nuevo código. No obstante, conviene recordar que el concepto de calidad no se circunscribe exclusivamente a lo que se entiende como «control de calidad», ya sea de recepción o de proceso, sino que va más allá, incluyendo aspectos relacionados con el aseguramiento de la calidad de las organizaciones. Con todo, si entendemos como calidad el enfoque técnico de Crosby como el cumplimiento de las especificaciones de un producto o servicio, entonces todo el Código sería objeto del concepto de calidad. Es por ello que vamos a restringir la perspectiva a aquellos aspectos al que la nueva norma se refiere cuando aparece el término calidad en su articulado.
Una lectura en diagonal del Código ya nos indica que hay una gran dispersión de los conceptos relacionados con la calidad. Nos encontramos aspectos relacionados con exigencias de calidad medioambiental en la ejecución mezclados con otros relacionados con las condiciones de suministro, las garantías de calidad y el control de la recepción. Se intercalan aspectos relacionados con la responsabilidad en la gestión de la calidad con otros relacionados con el control. Resulta evidente la confusión de conceptos como «gestión de la calidad», «garantía de la calidad» o «control de la calidad» a lo largo del texto. Hubiera sido interesante aclarar estos conceptos en el Capítulo 5 Bases generales para la gestión de la calidad de las estructuras. De todas formas, la Tabla 17.1 nos ilumina con cierto orden, al menos, en lo relacionado con la conformidad en el control del proyecto, de los productos, de la ejecución de la estructura y de la estructura terminada.
Tabla 17.1 Definición de tipos de conformidad
Sin entrar en más detalles, sí que se detecta un cambio en el control de calidad de la ejecución respecto a la EHE-08. Mejora la trazabilidad, modifica las condiciones de fabricación y armoniza diversas nomenclaturas españolas a las europeas. Estos cambios afectan a los propios lotes, los lotes de ensayos de resistencia, las unidades de inspección y su frecuencia, etc. Los cambios tratan de diferenciar mejor los elementos estructurales y sistemas constructivos. Destaca asimismo la diferencia de los puentes respecto al resto de estructuras y una atención especial a las estructuras de baja complejidad. Cabe destacar el Anejo 4 Documentación de suministro y control de los productos recibidos directamente en obra, que explica muy claramente toda la documentación para los productos recepcionados en obra antes, durante y al finalizar su suministro.
Por otra parte, se sustituyen las menciones a la Directiva 89/106/CEE del Consejo, de 21 de diciembre de 1988, relativas a la aproximación de las disposiciones legales, reglamentarias y administrativas de los Estados miembros sobre los productos de construcción, que se contenían en la reglamentación vigente, por las del Reglamento (UE) nº 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo, de 9 de marzo de 2011, por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo. También desaparece el concepto de idoneidad al uso de los productos con marcado CE y se sustituye por la presunción de veracidad de la declaración de prestaciones del producto por parte del fabricante. La declaración de prestaciones deberá cumplir las especificaciones del citado Reglamento (UE) nº 305/2011.
Resulta también de interés el refuerzo que hace el Código respecto a las consideraciones que deben aplicarse para los productos controlados en fábrica, entre los que se encuentran los prefabricados, con el añadido de la existencia de un organismo certificador externo que lo valide. Asimismo, se avanza en la posibilidad de que el fabricante pueda obtener de forma voluntaria un Distintivo de Calidad Oficialmente Reconocido (DCOR) que implique el cumplimiento de una serie de requisitos adicionales a los que establecen las normas armonizadas. Ello permite ventajas que ya venían de la EHE-08, entre las que destacan la máxima reducción posible de los coeficientes de seguridad de los materiales, hasta 1,35 en hormigón y hasta 1,10 en acero. Esto es de gran interés, por ejemplo, para prefabricados de hormigón certificados con un DCOR, siempre que se cumplan además otra serie de consideraciones.
Otro aspecto destacable es la estrecha relación que existe entre este nuevo Código Estructural y el Real Decreto 163/19, por el que se aprueba la Instrucción Técnica para la realización del control de producción de los hormigones fabricados en central, de forma que existe ahora una correcta correlación entre la producción y la puesta en obra del hormigón.
Os dejo a continuación una mapa conceptual, que utilizo yo en mis clases, y que simplifica de alguna forma los aspectos relacionados con la calidad de las estructuras.
Control de ejecución de las estructuras. Elaboración: V. Yepes
Os dejo un vídeo que os he grabado al respecto.
También os dejo unos vídeos explicativos del Colegio de Ingenieros Técnicos de Obras Públicas de Aragón sobre el tratamiento de la calidad en el nuevo Código Estructural. Espero que os sean de utilidad.
Reparación de grietas con mortero de metacrilato. https://niberma.es/arreglar-grietas-suelos-industriales/
El metacrilato es un material plástico acrílico formado por polímeros del metacrilato de metilo, éster del ácido metacrilato. Su nombre técnico es polimetilmetacrilato, conocido por sus siglas PMMA. Los polimetacrilatos de metilo y copolímeros asociados son el producto de mezclas de monómeros y oligomeros acrílicos o metacrílicos que endurecen por polimerización iniciada por catalizadores orgánicos (peróxidos). Sin embargo sus formulaciones, aplicaciones y propiedades pueden ser muy diferentes de unos a otros.
Como material empleado en la reparación del hormigón, se puede presentar en lechadas o en morteros. Las lechadas se emplean en aplicaciones de pequeño espesor, de hasta 9,5 mm. Los morteros se utilizan para espesores mayores, de hasta 25 mm.
Este tipo de resinas son muy reactivas y permiten su uso a bajas temperaturas (-20ºC), con una rápida puesta en servicio, que puede ser de algunas horas cuando la temperatura es inferior a 20ºC. Precisamente su reducida viscosidad permite una elaboración acelerada. Son muy sensibles a la saponificación provocada por la reacción alcalina del hormigón en presencia de agua. Tienen un olor fuerte que dura en el tiempo.
Uno de los inconvenientes de este material es que se pueden quemar, debido a su base orgánica. Con todo, se puede mejorar la resistencia al fuego añadiendo cargas y retardadores. Pero como ventajas se encuentran su resistencia al agua, anticongelantes químicos, ácidos diluidos y alcalinos. No obstante, su resistencia a los disolventes es limitada. Por otra parte, son muy resistentes a la radiación ultravioleta y a las acciones de la intemperie.
El uso del mortero de metacrilato es muy útil en reparaciones urgentes, pues en 1 hora puede reparar pavimentos de hormigón, caminos y calzadas, muelles de carga y superficies sometidas a gran desgaste en almacenes, naves industriales o talleres. También son útiles en reparaciones urgentes en autovías, pistas de aeropuertos y otros lugares donde exista una baja temperatura. Útil en la reparación de juntas y parcheo, así como en el recrecido o nivelación de superficies. También presenta su utilidad en anclajes urgentes y fijaciones de elementos metálicos y pernos, incluso a bajas temperaturas.
Es característico el uso de la resina de metacrilato como protección a los pavimentos, pues su composición está libre de disolventes y presenta una elevada resistencia a la presión. Por otra parte, también se emplea como capa resistente al desgaste, con una reducida contracción cuando se usa como mortero. En el vídeo que presentamos a continuación vemos la utilidad del metacrilato para proteger y embellecer el hormigón impreso.
Referencias:
Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.
Solución de anclajes con resina epoxi. https://teoriadeconstruccion.net/blog/resinas-epoxy-solucion-de-anclajes/
Las resinas epoxi constituyen uno de los materiales de base orgánica más utilizados en la construcción. Se han empleado en pavimentos industriales desde los años 60, sobre todo en Europa. Con este nombre se hace referencia tanto a los componentes como al producto final, ya curado. Se trata de un fuerte adhesivo termoplástico resultante de la mezcla de un polímero termoestable y un agente catalizador. Pero también puede llevar otros componentes que modifiquen su comportamiento antes o después del endurecimiento como diluyentes, agentes de curado y otros aditivos. Sin embargo, la composición más simple es la resina epoxi y un endurecedor. El curado de las resinas epoxi tiene lugar a temperatura ambiente, durante el cual se forman enlaces cruzados lo que da como resultado que su peso molecular sea elevado.
Las resinas epoxi pueden usarse puras o en forma de morteros y hormigones si presentan árido fino o fino y grueso. Normalmente se utilizan en trabajos de reparación, refuerzo, sellado de juntas y protección de estructuras de hormigón que se vean atacadas por agentes químicos, físicos o biológicos. La resistencia de la resina epoxi puede ser tan alta como la del hormigón, o incluso duplicarla, con la ventaja de que no presenta fisuras y es impermeable. No obstante, la resistencia aumenta si se añaden compuestos químicos específicos.
En el ámbito de la reparación estructural, las principales aplicaciones de las resinas epoxi serían las siguientes (Pelufo, 2003): reparación de grietas en el hormigón por inyección; unión de hormigón nuevo con el existente para reparar estructuras dañadas; unión de bandas metálicas de acero en refuerzos en hormigón estructural; mortero para relleno de grietas y coqueras, parcheos; hormigón para rellenos de grandes oquedades. Sin embargo, también se pueden utilizar como protección de revestimientos de superficies
En cuanto a sus propiedades, las que destacan por su aplicabilidad a la construcción son las siguientes: retracción despreciable; adherencia a piedra, fábrica de ladrillo, hormigón y acero; resistencia a tracción de hasta 90 MPa, y a compresión entre 120 y 210 MPa; resistencia a productos químicos (excepto al ácido nítrico); comportamiento regular frente a algunos disolventes orgánicos; buen comportamiento frente a cloruros. Como problema podemos destacar su alta sensibilidad a temperaturas superiores a 80ºC, y por tanto, nula resistencia al fuego.
En el caso del uso de las resinas epoxi como material de reparación en hormigón, no hay que olvidar que su coeficiente de dilatación térmica (de 2 a 6 x 10-6 m/mºC), que puede ser muy diferente al del hormigón. Además, si la temperatura varía mucho, se puede producir un fallo de la reparación en la superficie de adherencia del hormigón base.
Tampoco se recomienda la reparación de un hormigón dañado por la corrosión de sus armaduras con un mortero u hormigón de epoxi, pues se pueden crear diferentes zonas de potencial eléctrico, formar pilas galvánicas y acelerar la corrosión en los perímetros de la reparación.
Os dejo algunos vídeos sobre la utilización de la resina epoxi en la construcción.
Os dejo a continuación, por su interés, un artículo de Fernández Cánovas donde se realiza una breve exposición de lo que son estas resinas, nada menos que del año 1964.
Fernández Cánovas, M. (1964). Las resinas epoxi en la construcción.Informes De La Construcción, 16(159), 101–104. https://doi.org/10.3989/ic.1964.v16.i159.4570
Fernández Cánovas; M. (1994). Patología y terapéutica del hormigón armado. 3ª edición, Servicio de Publicaciones del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
Pelufo, M.J. (2003). Caracterización del comportamiento mecánico y frente a la corrosión de morteros de reparación del hormigón estructural. Tesis doctoral. Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, Universidad Politécnica de Valencia.
El profesor Kripka, es catedrático de estructuras en la Universidade de Passo Fundo, en Brasil, donde ejerce de profesor desde el año 1991. Ha sido director del Departamento de Ingeniería Civil y del Grado en Ingeniería, siendo actualmente editor de la revista Journal of Applied and Technological Sciences – CIATEC/UPF. Su área de investigación se centra fundamentalmente en la optimización de estructuras, por lo que ha sido de gran productividad para nosotros compartir experiencias durante su estancia de investigación (septiembre a diciembre de 2018). Fruto de esta colaboración, a parte de los relacionados con la investigación, se extienden al futuro intercambio de estudiantes y profesorado entre nuestras respectivas universidades y en la participación conjunta en proyectos de investigación y de transferencia tecnológica.
Las estructuras isostáticas son el sustento de la ingeniería como el suelo es el sustento de la vida o el lenguaje lo es para la comunicación. Una lectura atenta de este libro permite comprender el comportamiento de las estructuras isostáticas y su diseño. El libro abarca los conceptos fundamentales necesarios para el funcionamiento de las estructuras y los modelos estructurales, las reacciones de apoyo, las acciones en las estructuras y los esfuerzos solicitados. Didáctico, con explicaciones paso a paso para el análisis de vigas, pórticos, cerchas y rejillas, facilitará la apropiación de los conocimientos por parte de los estudiantes. Esta tercera edición incluye un nuevo capítulo sobre el cálculo de los desplazamientos en las estructuras. La teoría y los cálculos se acompañan de ejemplos e ilustraciones de obras civiles y, al final de cada capítulo, los ejercicios ayudan a comprender y fijar los conceptos involucrados, así como su aplicación en cualquier situación que se presente. Este libro está dirigido a los estudiantes de Ingeniería Civil y Arquitectura y sirve de guía para los profesores que imparten la asignatura.
Os dejo a continuación mi presentación a la tercera edición del libro en español (el original está en portugués). Espero que os sea de interés.
La ingeniería es algo vivo que se aplica y se transmite a las futuras generaciones. Nunca se empieza desde cero y, como le dijo Isaac Newton en una carta a Robert Hook “si he visto más lejos es porque estoy sentado sobre los hombros de gigantes”. Por tanto, la labor docente en ingeniería sustenta el avance técnico. Sin embargo, este progreso no es gratuito; necesita un esfuerzo ingente para resolver los problemas cada día más complejos a los que se enfrentan los ingenieros y requiere de una fuerte dedicación. Por ello, la docencia en ingeniería es algo vivo, debe nutrirse de la actividad profesional y de la investigación.
Una de las grandes satisfacciones que permite el mundo académico es encontrar almas gemelas cuyas preocupaciones técnicas y científicas son similares a las tuyas. Es el caso del profesor Moacir Kripka. Tuvimos la ocasión de mantener largas charlas durante una estancia de investigación que realizó hace unos meses en la Universitat Politècnica de València. El amor por las estructuras, la optimización o la sostenibilidad son campos comunes que permitieron un intercambio de ideas y experiencias que se plasmaron en varios artículos científicos de impacto internacional. Lo que empezó siendo un encuentro entre colegas terminó, al cabo de unos meses, en una complicidad y amistad que pervive en el tiempo.
Ha sido esta complicidad la que me ha hecho imposible rechazar la petición que me hizo para redactar el prólogo de su nuevo libro sobre análisis estructural. Todo un honor para mí, y por ello le estoy muy agradecido, pues se trata de introducir un libro redactado por un extraordinario docente en el ámbito de las estructuras en ingeniería civil y en arquitectura. Se trata de un texto capaz de explicar de forma sencilla los a veces complejos aspectos que presenta el análisis estructural. El libro aborda mediante ilustraciones y ejemplos los conceptos fundamentales del comportamiento de las estructuras, y por tanto, de su dimensionamiento. Aunque se trata de un texto orientado a la formación universitaria en el ámbito técnico, seguro que es una guía de apoyo para aquellos otros que se encuentran desarrollando plenamente su profesión.
Por último, y antes de que el lector empiece con avidez la lectura de este libro, me gustaría reflexionar sobre la necesidad de establecer fuertes cimientos conceptuales en el ámbito del análisis estructural. En efecto, hoy día estamos inmersos en la Cuarta Revolución Industrial, también conocida como Industria 4.0. Este concepto, acuñado en 2016 por Klaus Schwab, fundador del Foro Económico Mundial, incluye las tendencias actuales de automatización y de intercambio de datos. En este contexto se incluye la inteligencia artificial, la minería de datos, el Internet de las cosas, los sistemas ciberfísicos y los gemelos digitales, entre otros.
Pues bien, la simulación numérica, la modelización y la experimentación han sido los tres pilares sobre los que se ha desarrollado la ingeniería en el siglo XX. La modelización numérica, que sería el nombre tradicional que se ha dado al “gemelo digital” presenta problemas prácticos por ser modelos estáticos, pues no se retroalimentan de forma continua de datos procedentes del mundo real a través de la monitorización continua. Estos modelos numéricos (usualmente elementos finitos, diferencias finitas, volumen finito, etc.) son suficientemente precisos si se calibran bien los parámetros que lo definen. La alternativa a estos modelos numéricos son el uso de modelos predictivos basados en datos masivos big-data, constituyendo “cajas negras” con alta capacidad de predicción debido a su aprendizaje automático “machine-learning“, pero que esconden el fundamento físico que sustentan los datos (por ejemplo, redes neuronales). Sin embargo, la experimentación es extraordinariamente cara y lenta para alimentar estos modelos basados en datos masivos.
El cambio de paradigma, por tanto, se basa en el uso de datos inteligentes “smart-data paradigm“. Este cambio se debe basar, no en la reducción de la complejidad de los modelos, sino en la reducción dimensional de los problemas, de la retroalimentación continua de datos del modelo numérico respecto a la realidad monitorizada y el uso de potentes herramientas de cálculo que permitan la interacción en tiempo real, obteniendo respuestas a cambios paramétricos en el problema. Dicho de otra forma, deberíamos poder interactuar en tiempo real con el gemelo virtual. Por tanto, estamos ante otra realidad, que es el gemelo virtual híbrido.
Pues bien, todo este cambio de paradigma no debe olvidar los fundamentos en los que se basan los modelos. En el caso de las estructuras, la comprensión de los principios básicos que fundamentan su análisis resulta clave para la modelización numérica y la experimentación. Una buena base para estos cimientos es, por tanto, este libro del profesor Kripka sobre análisis estructural. Espero que disfruten de su lectura.
Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
El proyecto HYDELIFE aborda directamente el reto de la sostenibilidad social y medioambiental de las estructuras a lo largo de su ciclo de vida, desde el inicio del proyecto hasta su demolición. Para ello, se propone una metodología híbrida emergente que integra el aprendizaje profundo (Deep Learning, DL) procedente de la inteligencia artificial (IA), metamodelos y metaheurísticas de optimización multiobjetivo, y técnicas de toma de decisiones multicriterio. El foco del proyecto se centra en el diseño robusto y resiliente aplicado a la construcción industrializada modular, tanto en edificación, como en puentes mixtos de hormigón y acero y en estructuras híbridas de acero. El proyecto se apoya en los avances realizados en proyectos de investigación anteriores (HORSOST, BRIDLIFE y DIMALIFE), donde se desarrollaron metodologías aplicadas a puentes e infraestructuras viarias, pero con una propuesta metodológica y un foco de atención innovador respecto a los anteriores.El proyecto se orienta al objetivo 9 de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS): construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización sostenible y fomentar la innovación. También se alinea con la Estrategia Nacional de Inteligencia Artificial (ENIA) del Gobierno de España (2020). A continuación, se justifica la propuesta en función de los antecedentes y el estado actual.
La sostenibilidad económica y el desarrollo social de la mayoría de los países dependen, entre otros factores, del comportamiento fiable y duradero de sus infraestructuras (Frangopol, 2011). La construcción y el mantenimiento de infraestructuras influyen en la actividad económica, el crecimiento y el empleo. Sin embargo, estas actividades impactan significativamente en el medio ambiente, producen efectos irreversibles y pueden comprometer el futuro de la sociedad. El gran reto, por tanto, será disponer de infraestructuras capaces de maximizar su beneficio social sin comprometer su sostenibilidad (Aguado et al., 2012).
Por otra parte, el envejecimiento de las infraestructuras, la mayor demanda en su desempeño (por ejemplo, el aumento del tráfico) o los riesgos naturales extremos, como los terremotos, huracanes o inundaciones, afectan al rendimiento previsto de estas infraestructuras (Biondini y Frangopol, 2016). Esto constituye una auténtica bomba de relojería (Thurlby, 2013) que, junto al reto de la reducción de los impactos ambientales, es razón más que suficiente para mejorar el mantenimiento de nuestros puentes. Hoy día los gestores de las infraestructuras tienen ante sí un reto importante consistente en mantenerlas en un estado aceptable con presupuestos muy limitados. Si a ello añadimos la profunda crisis financiera y sanitaria que ha afectado la economía de nuestro país y ha provocado el declive de la actividad constructora, el panorama se complica. Las infraestructuras creadas con una financiación a largo plazo presentan actualmente déficits de conservación, y es posible que las generaciones futuras tengan que hacer un esfuerzo adicional para actualizar los requisitos de seguridad y funcionalidad a su nivel de servicio previsto. Esta situación puede provocar una alarma social puntual, sobre todo con la interrupción de grandes vías de comunicación debida a un deterioro excesivo. Un estudio sobre “Necesidades de Inversión en Conservación 2019-2020” de la Asociación Española de Carreteras, centrado en los firmes y la señalización, estima que el deterioro del patrimonio viario genera un déficit acumulado de 7.500 millones de euros. Sin embargo, este problema es común en otros países desarrollados. En el año 2019, 47000 puentes del total de los puentes en Estados Unidos (más del 20% del total) presentaban deficiencias estructurales (American Road & Transportation Builders Association, 2019); en el Reino Unido, más de 3000 puentes estaban por debajo de los estándares y requerían reparación (RAC Foundation, 2019). Además, el problema se vuelve grave cuando una parte significativa del parque de infraestructuras está próxima al final de su vida útil. Y lo que aún es peor, cuando existen riesgos de alto impacto y de baja probabilidad que pueden afectar gravemente a las infraestructuras. Estos son buenos argumentos para prolongar la vida útil de los puentes. Se trata de una verdadera crisis de infraestructura. El reto social consistirá en aplicar unos presupuestos muy restrictivos que minimicen los impactos ambientales y los riesgos para las personas, y que la gestión sea socialmente sostenible dentro de una política de conservación del patrimonio, incluyendo la dimensión de género. Por lo tanto, nos encontramos ante un problema de optimización muy complejo, con muchas restricciones y bajo grandes incertidumbres, lo cual representa un reto científico importante, pues no se presta fácilmente a la exploración con los instrumentos analíticos y de previsión tradicionales.
Proyecto de Investigación:
Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00. Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER. Investigador Principal: Víctor Yepes.
Referencias:
AGUADO, A. et al. (2012). Sustainability Assessment of Concrete Structures within the Spanish Structural Concrete Code. J Constr Eng Manage ASCE, 138(2):268-276.
AMERICAN ROAD & TRANSPORTATION BUILDERS ASSOCIATION (2019). 2019 Bridge Report. https://artbabridgereport.org/
BIONDINI, F., FRANGOPOL, D. M. (2016). Life-Cycle of Deteriorating Structural Systems under Uncertainty: Review. J Struct Eng ASCE, 142(9), F4016001.
FRANGOPOL, D. M. (2011). Life-cycle performance, management, and optimisation of structural systems under uncertainty: accomplishments and challenges. Struct Infrast Eng, 7(6), 389-413.
GOBIERNO DE ESPAÑA (2020). Estrategia Nacional de Inteligencia Artificial. https://www.lamoncloa.gob.es/presidente/actividades/Documents/2020/021220-ENIA.pdf
La conferencia la centraré en los resultados obtenidos por el proyecto de investigación DIMALIFE, del cual soy Investigador Principal. Se desarrolló una metodología novedosa para incorporar los procesos analíticos en la toma de decisiones en el ciclo completo de vida de puentes e infraestructuras viarias, incluyendo la licitación de proyectos de obra nueva y de mantenimiento de activos existentes, de forma que se contemplaron las necesidades e intereses sociales y ambientales.
Figura 1. Desgraciadamente, no existe comida gratis. https://medium.com/@LeonFedden/the-no-free-lunch-theorem-62ae2c3ed10c
Después de años impartiendo docencia en asignaturas relacionadas con la optimización heurística de estructuras de hormigón, y tras muchos artículos científicos publicados y más aún en los que he sido revisor de artículos de otros grupos de investigación, siempre se plantea la misma pregunta: De todos los algoritmos que utilizamos para optimizar, ¿cuál es el mejor? ¿Por qué dice en su artículo que su algoritmo es el mejor para este problema? ¿Por qué no nos ponemos de acuerdo?
Para resolver esta cuestión, dos investigadores norteamericanos, David Wolpert y William Macready, publicaron en 1997 un artículo en el que establecieron un teorema denominado «No free lunch«, que, traducido, sería algo así como «no hay comida gratis». Dicho teorema establece que, por cada par de algoritmos de búsqueda, hay tantos problemas en los que el primer algoritmo es mejor que el segundo como problemas en los que el segundo algoritmo es mejor que el primero.
Este teorema revolucionó la forma de entender el rendimiento de los algoritmos. Incluso una búsqueda aleatoria en el espacio de soluciones podría dar mejores resultados que cualquier algoritmo de búsqueda. La conclusión es que no existe un algoritmo que sea universalmente mejor que los demás, pues siempre habrá casos en los que funcione peor que otros, lo que significa que todos ellos se comportarán igual de bien (o de mal) en promedio.
De hecho, podría decirse que un experto en algoritmos genéticos podría diseñar un algoritmo genético más eficiente que, por ejemplo, un recocido simulado, y viceversa. Aquí el arte y la experiencia en un problema y en una familia de algoritmos determinados suelen ser decisivos. En la Figura 2 se puede ver cómo un algoritmo muy especializado, que conoce bien el problema, puede mejorar su rendimiento, pero pierde la generalidad para usarse en cualquier tipo de problema de optimización distinto del que se diseñó.
Figura 2. El uso del conocimiento del problema puede mejorar el rendimiento, pero a costa de la generalidad. https://medium.com/@LeonFedden/the-no-free-lunch-theorem-62ae2c3ed10c
¿Qué consecuencias obtenemos de este teorema? Lo primero, una gran decepción, pues hay que abandonar la idea del algoritmo inteligente capaz de optimizar cualquier problema. Lo segundo, que es necesario incorporar en el algoritmo cierto conocimiento específico del problema, lo cual equivale a una «carrera armamentística» para cada problema de optimización. Se escriben y escribirán miles de artículos científicos en los que un investigador demuestre que su algoritmo es mejor que otro para un determinado problema.
Una forma de resolver este asunto de incorporar conocimiento específico del problema es el uso de la inteligencia artificial en apoyo de las metaheurísticas. Nuestro grupo de investigación está abriendo puertas en este sentido, incorporando «deep learning» en el diseño de algoritmos (Yepes et al., 2020; García et al., 2020a; 2020b) o bien redes neuronales (García-Segura et al., 2017). Incluso, en este momento, me encuentro como editor de un número especial de la revista Mathematics (primer decil del JCR) denominado: “Deep Learning and Hybrid-Metaheuristics: Novel Engineering Applications”, al cual os invito a enviar vuestros trabajos de investigación.
Si nos centramos en un tipo de problema determinado, por ejemplo, la optimización de estructuras (puentes, pórticos de edificación, muros, etc.), el teorema nos indica que necesitamos gente formada y creativa para optimizar el problema concreto al que nos enfrentamos. Es por ello que no existen programas comerciales eficientes capaces de adaptarse a cualquier estructura para optimizarla. Tampoco son eficientes las herramientas generales, «tools», que ofrecen algunos programas, como Matlab, para su uso inmediato e indiscriminado.
Por tanto, no se podrá elegir entre dos algoritmos solo basándose en el buen desempeño que obtuvieron anteriormente en un problema determinado, pues en el siguiente problema pueden optimizar de forma deficiente. Por tanto, se exige conocimiento intrínseco de cada problema para optimizarlo. Es por ello que, por ejemplo, un experto matemático o informático no puede, sin más, dedicarse a optimizar puentes atirantados.
