Los prefabricados de hormigón contemplan una gran cantidad de productos que van desde los elementos estructurales como pilares, vigas, etc., hasta los elementos más decorativos. Su uso ha crecido en los últimos años acompañado de una mayor especialización de los fabricantes que permite resolver casi cualquier dificultad técnica.
Las piezas se fabrican en taller a partir de los despieces que el propio proyecto de ejecución marca. Posteriormente son trasladados a obra, pudiéndose necesitar transportes especiales. Finalmente se montan en obra, unas veces desde el propio transporte y otras acopiándose primero.
En un artículo reciente del blog Fieras de la Ingeniería, tuvimos ocasión de ver un sistema ingenioso de construcción de arcos flexibles de hormigón prefabricado. Este sistema, denominado FlexiArch, fue desarrollado por los ingenieros de la Escuela de Ingeniería Civil de la Universidad de Belfast. Se trata de unos arcos flexibles de hormigón prefabricado que permite agilizar enormemente las labores de construcción de puentes en arco, de modo sencillo y rápido. El concepto fue patentado en la década del 2000, y gracias a la colaboración con Macrete Ireland, pudo finalmente llevarse a la realidad por primera vez en septiembre de 2007 durante la construcción de un puente cerca de Belfast.
Os dejo un vídeo explicativo de la técnica. Espero que os guste.
Resumen–El artículo se ocupa de la optimización económica de los tableros de los pasos superiores de carreteras formados por una losa de hormigón ejecutada in situ y dos vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado autocompactable. Se comprueba la eficacia de las distintas metaheurísticas aplicadas en la optimización: “descent local search” (DLS), “simulated annealing” (SA), “threshold accepting” (TA), “genetic algoritms” (GA) y “memetic algorithms” (MA). Los cálculos de las tensiones y de sus envolventes, son programados en lenguaje fortran directamente por los autores. Los algoritmos de optimización heurística se aplican a un tablero de 35 m de luz y 12 m de ancho. Los parámetros que definen la forma de la sección de la viga se adaptan a los moldes de una instalación de prefabricados. El ejemplo que se analiza consta de 59 variables discretas. El módulo de la evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente para estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. Los algoritmos SA y TA se han calibrado previamente a partir del DLS, y el MA a partir del GA y del SA. Cada heurística se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. Se realiza un análisis del rendimiento de las distintas heurísticas, basado en un estudio de las soluciones Pareto-óptimas entre tiempo de ejecución y rendimiento. Los mejores resultados se obtienen para el SA y el TA, siendo el coste mínimo de 108008 €, correspondiente al SA. Finalmente, entre las principales conclusiones de este estudio, destaca que las soluciones y los tiempos de proceso computacional son tales, que estos métodos se pueden aplicar de un modo práctico a casos reales, y que el conocimiento derivado del uso de estos algoritmos permiten recomendar rangos de valores para emplearlos en el diseño optimizado de estas estructuras y en su aplicación para los predimensionados de las variables.
Palabras clave—Optimización, metaheurística, puentes, pasos superiores, diseño de estructuras.
Referencia: MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Aplicación de metaheurísticas en la optimización de pasos superiores de carreteras. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, pp. 241-247. ISBN: 978-84-697-2150-6.
A continuación os dejo una ponencia presentada por el catedrático de la UPC Antonio Marí dentro de la Jornada de Recerca i Innovació celebrada en Barcelona el 15 y 16 de noviembre de 2011. Los autores de la ponencia son, además, Jesús M. Bairán, Eva Oller y Noemí Duarte.
Se trata de una ponencia sobre investigación e innovación en puentes y torres prefabricadas de hormigón pretensado. Espero que os guste.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (y IV)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Próximos retos de la industria del prefabricado de hormigón
La propia industria reconoce que no sólo tiene una responsabilidad para mejorar su comportamiento por la creciente demanda de soluciones sostenibles, sino que parte de su competitividad futura crecerá si es capaz de sacar provecho del potencial inherente que tiene el propio concepto de construcción industrializada con elementos prefabricados de hormigón, tal y como hemos ido destacando anteriormente, algo que cada vez es más apreciado por proyectistas e ingenieros, promotores, empresas constructoras, compañías aseguradoras y en general, los usuarios finales (que al fin y al cabo, acabamos siendo todos).
Una de las aparentes desventajas de los productos de hormigón es su contenido en cemento, y más en particular la cantidad de Clinker incorporada, causante de una parte importante de las emisiones globales de CO2. De esta forma, las industrias cementeras y del prefabricado deben invertir enormes esfuerzos en optimizar el uso del cemento, mejorando la hidratación del mismo y ajustando la proporción del mismo para reducir el CO2 embebido. El uso de adiciones como las escorias granuladas de altos hornos, las cenizas volantes y el humo de sílice está en pleno crecimiento, lo que supone una reducción de las emisiones de CO2 que conllevan con respecto al cemento Portland [9].
La sostenibilidad en las plantas de prefabricados se traslada a la eficiencia de los recursos, mediante la reducción de residuos o a través de la certificación bajo normas como la ISO 14001 y EMAS. Las nuevas fábricas suelen incorporar grandes sistemas de reciclado para la reutilización del agua sobrante del proceso productivo, o cualquier otro material de desecho. Nada de esto sería posible sin la aportación de una capacitación humana de gran desempeño y que se implique para el éxito de la empresa en este enfoque sostenible, que en muchos casos acaban siendo el motor de la introducción de nuevas técnicas de ahorro de energía, iniciativas de reciclaje e incluso programas con la comunidad local.
Debe destacarse por encima de todas el plan estratégico “Precast Sustainability Strategy and Charter” de la Asociación Británica de Prefabricados de Hormigón [10]. Firmado por primera vez en 2007 por 17 empresas, está incluido ya hoy dentro del programa de acción “Raising the Bar” y al que todas las compañías asociadas están comprometidas a cumplir. Este plan anima a dichas empresas a ir más allá de lo que exige la legislación vigente, de tal forma que lleven a cabo acciones voluntarias que permitan una mayor sostenibilidad en los productos y operaciones que realizan. Para cumplir estos retos, se han desarrollado un conjunto de principios sostenibles adaptados a la dinámica propia de la industria. El primer periodo se enmarcó entre 2008 y 2012, en el que 12 de los 14 objetivos fueron alcanzados. En 2013, el Consejo Británico del Prefabricado aprobó una nueva batería de medidas a cumplir en el año 2020, tomando como base algunos datos de 2012.
10% de reducción de la energía total utilizada en la fabricación
20% de reducción de las emisiones de CO2
10% de reducción de los residuos en las fábricas
Reducir a menos de 0,5 kg/Tn los residuos de fábrica a enviar a vertedero
Incremento al 25% de la proporción de adiciones alternativas al cemento
Incremento al 25% de la proporción de áridos reciclados o secundarios
20% de reducción del consumo total de agua
Reducción a la mita del riesgo de accidentes laborales entre 2015 y 2020
Ampliar el peso total fabricado, así como el número de centros productivos, certificados bajo algún sistema de gestión medioambiental (p.ej. ISO 14001) al 95%. Mismo objetivo para la certificación bajo algún sistema de gestión de calidad (p.ej. ISO 9001) o cubiertos por alguna norma de uso de fuentes responsables
Reducción de condenas por vertidos a la atmósfera y al agua a cero
Mejorar la captación de datos de transporte en 2015 (se fijará un Nuevo objetivo en 2016)
Incrementar el número de empleados cubiertos por un sistema de gestión certificado (p.ej. ISO 9001/ ISO 14001/ OHSAS 18001) al 100%
Incrementar el número de empleados cubiertos por el programa de formación y cualificación de la MPA al 100%
Mantenimiento del 100% de centros productivos que cuentan con programas de apoyo a la comunidad local
Otro asunto importante a tratar será el cumplimiento de las empresas de prefabricados con el nuevo requisito básico “Uso sostenible de los recursos naturales” que se incluyó en el Reglamento UE 305/2011 de Productos de Construcción [11]. Las obras de construcción deberán proyectarse, construirse y demolerse de tal forma que la utilización de los recursos naturales sea sostenible y garantice en particular:
La reutilización y la reciclabilidad de las obras de construcción, sus materiales y sus partes tras la demolición;
La durabilidad de las obras de construcción;
La utilización de materias primas y materiales secundarios en las obras de construcción que sean compatibles desde el punto de vista medioambiental.
La industria está analizando cómo presentar de la forma más clara y creíble los datos para los análisis de ciclo de vida (ACV), mediante el empleo de declaraciones ambientales de producto verificadas por tercera parte que cumplan con las nuevas normativas, como es el caso europeo. Esta información además resultará de interés porque podrá ir incluida en los sistemas BIM (Modelo de información de la Construcción). Esto permitirá a que los técnicos alcancen durante el desarrollo del proyecto un impacto reducido de los indicadores de la sostenibilidad tanto en edificios como en infraestructuras, todo ello basado en datos fiables que se ajusten a la realidad a lo largo de su vida útil. Esto además servirá para que los fabricantes optimicen sus procesos de producción, a partir de una mejora en la eficiencia de los recursos (materias primas, agua y energía), la minimización de residuos e incluso un incentivo para el empleo de materiales y fuentes de energía alternativos
Esta preocupación medioambiental (sostenible) debería ir convirtiéndose en un estímulo creciente en cualquier empresa. Este enfoque ya se está implementando en las tomas de decisiones de las compañías, motivado especialmente por la mayor apuesta de las administraciones públicas, como puede ser el caso de las políticas y procedimientos de compra verde que ya están instaurados en países como Suecia o Noruega, o ha sucedido más recientemente en el País Vasco [12], que promueve un mayor uso de elementos prefabricados como vía para la no generación de residuos.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
[8] YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134
[9] “Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete”. British Precast, 2008
[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013
[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo
[12] “Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca”. ihobe. 2011
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (III)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Casos prácticos
Figura 4.- Construcción de un puente en el mar mediante el empleo de cajones prefabricados de hormigón para la formación del tablero
Deben reseñarse los casos de dos compañías internacionales españolas como FCC y ACCIONA. Por parte de FCC, se ha desarrollado una metodología propia de evaluación de la sostenibilidad en obra civil denominada SAMCEW que tiene en cuenta la experiencia adquirida por la aplicación de su propio sistema interno de gestión de la sostenibilidad durante los últimos años. Se trata de una metodología de análisis flexible y ajustable en función del tipo de obra civil, la ubicación, las características del proyecto o de la etapa evaluada, que implicará que ciertos aspectos tengan mayor impacto que otros. En cuanto a ACCIONA, ha llevado a cabo iniciativas interesantes en materia de cuantificar el grado de sostenibilidad de algunas de sus obras, siendo pionera a nivel mundial en la obtención de declaraciones ambientales en infraestructuras, como son los casos de las evaluaciones realizadas sobre el viaducto ferroviario “Arroyo Valchano” [7] en la línea de AVE Madrid-Galicia y que incluye un análisis “cuna a puerta” de todos los materiales utilizados, o un tramo de carretera de la N-340 en Elche (Alicante).
Descripción del puente de ferrocarril “Arroyo Valchano”
El puente aloja una doble vía de ferrocarril que ha sido construida exclusivamente para el transporte de pasajeros. El tablero consta de vigas prefabricadas y una losa de hormigón hecha in situ, con la siguiente distribución de los vanos: 35 + 5×45 +35 = 295 m. La losa tiene un ancho de 14 m y tiene un espesor variable. La unidad funcional escogida es “1 m de puente”.
Límites del sistema y calidad de los datos
La EPD cubre solamente la estructura del Puente. El análisis del ciclo de vida se refiere a la producción de los distintos materiales utilizados, el transporte de éstos a la obra y la fase de ejecución del puente. No se han considerado el resto de fases como la etapa de servicio del puente o las tareas de mantenimiento.
Comportamiento ambiental
Los datos genéricos seleccionados para la producción de las materias primas y los combustibles se tomaron de la base de datos de PE utilizando el programa GaBi 6. Los resultados se indicaron para una vida útil de servicio del puente de 60 años.
Figura 3.- Categorías de impacto para la construcción de 1 m del puente “Arroyo Valchano”
A nivel de investigación, debe destacarse el proyecto “Optimización del coste y las emisiones de CO2 de los puentes de carretera con vigas artesas prefabricadas de hormigón pretensado en U, mediante un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas” [8]. Esta investigación describe una metodología para optimizar el coste y las emisiones de CO2 cuando se diseña el puente utilizando vigas prefabricadas pretensadas con sección transversal en forma de doble artesa. Para su finalización, el algoritmo utilizado (acrónimo en inglés, SAGSO) se utiliza combinando el efecto sinérgico de una búsqueda local con el recocido simulado (SA) y una búsqueda global con la optimización por enjambre de luciérnagas (GSO). La solución de la estructura del puente se define a partir de 40 variables, que incluyen la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Respecto al material, se ha utilizado hormigón de alta resistencia así como hormigón autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados obtenidos proporcionan una excelente guía a los ingenieros para el diseño de puentes prefabricados de hormigón pretensado. El análisis reveló además que por cada 1€ de ahorro, se reduce la emisión de 1,75 kg de CO2. Finalmente, el estudio paramétrico indico que las soluciones óptimas económicas conllevan resultados satisfactorios medioambientalmente hablando, y que difieren muy poco de la mejor solución posible si fuese analizada exclusivamente desde la perspectiva medioambiental.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
[8] YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134
[9] “Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete”. British Precast, 2008
[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013
[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo
[12] “Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca”. ihobe. 2011
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (II)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Papel de las soluciones prefabricadas de hormigón para mejorar la sostenibilidad de las obras de ingeniería civil
Es evidente que hay una demanda creciente que exige soluciones constructivas que permitan alcanzar el desarrollo sostenible. En este contexto, la industria de los prefabricados de hormigón es cada vez más consciente de que debe establecer mecanismos para una mayor eficiencia en el uso de los recursos y de qué forma los productos puedan contribuir a lograr construcciones más ecológicas.
El concepto de obra civil incluye a un amplio número de proyectos, en los cuales los productos prefabricados de hormigón ofrecen un papel cada vez más relevante:
Campos de la obra civil
Infraestructuras
Elementos prefabricados de hormigón
Infraestructuras de procesos industriales
Plantas de generación eléctrica
Muros o cualquier otros elemento prefabricado estructural
Instalaciones para la distribución de electricidad, gas, agua, etc.
Tubos, pozos de registro y cámaras de inspección, marcos
Agua y otros sistemas de tratamiento
Depósitos de aguas residuales y fosas séticas, retenedores de grasas
Generación y suministro de energía
Postes para aerogeneradores, líneas eléctricas, de telecomunicaciones, iluminación, etc.
Infraestructuras lineales
Puentes
Prelosas, vigas, pilas, estribos
Pasarelas
Cualquier elemento es prefabricable
Carreteras
Barreras de seguridad, losas de calzadas, paneles acústicos
Líneas de ferrocarril
Traviesas, vía en placa
Tuneles
Bóvedas, dovelas
Diques y otras construcciones fluviales
Canales
Losas y muros prefabricados
Defensas frente a inundaciones
Sistemas de contención
Construcciones marítimas
Puertos
Pantalanes, pavimentos
Rompeolas
Bloques macizos
Otras obras de ingeniería civil
Public realm works
Pavimentos, mobiliario urbano
Tabla 1.- Productos Prefabricados de hormigón para construcciones de obra civil, acorde con la clasificación del apartado 5 del borrador de la norma ISO 21931-2 [3]
Figura 2.- Traviesas y dovelas juegan un papel fundamental en la construcción de líneas de ferrocarril y túneles, como sucede actualmente en dos de las mayores obras que se están acometiendo, como son los nuevos túneles subterráneos que cruzan el Estrecho del Bósforo en Estambul (Turquía) y la nueva línea de Londres (Inglaterra).
El diseño sostenible de un edificio es diferente al que tiene una infraestructura. Mientras que en los edificios son esenciales los requisitos de resistencia al fuego, aislamiento acústico o eficiencia energética, las exigencias de comportamiento de la obra civil se mueven en otros caminos distintos. De hecho, hay una clara diferenciación en cuanto a la importancia de las etapas durante el ciclo de vida de la construcción. Mientras que en la edificación la fase de uso es la más importante, ya que es responsable de aproximadamente el 80% del impacto ambiental del ciclo completo, es durante la ejecución de la infraestructura cuando resultan los mayores impactos, incluso más allá que en la fase de servicio de la misma.
Algunos de los criterios asumidos como sostenibles ya eran parte intrínseca de los procesos de producción de elementos prefabricados de hormigón en las últimas décadas, como son el uso eficiente de materiales o la mejora motivada por el empleo de hormigones de alta resistencia, aunque cabe indicar que todavía existe un amplio potencial de crecimiento:
Características elementos prefabricados de hormigón
Medioambiental
Social
Económica
Durabilidad (incremento de la vida útil)
Soluciones eficaces a largo plazo suponen una preservación de los recursos naturales, una reducción de los impactos, ahorro de energía y una mejora del potencial de extracción de los recursos
Una vida prolongada de las infraestructuras implica menores perturbaciones a los ciudadanos
Los costes iniciales se amortizan en un periodo de tiempo más lagoMenor mantenimiento (reducción de costes)
Industrialización
Construcción sin apenas residuosConstrucción en seco: los elementos Prefabricados llegan a obra justo para su colocación
Seguridad laboral mejorada: menor riesgo de accidentes
Devolución más rápida de créditos de financiación
Eficiencia de los recursos
Reducción del consume de recursos naturales mediante el uso de materiales de desecho en los productos (p.ej. áridos reciclados procedentes de residuos de hormigón de la propia planta)
Eliminación parcial de un problema global
Uso mayor de materiales con propiedades mejores (p.ej. hormigones de alta resistencia/prestaciones, técnica del pretensado) que implican una optimización de la relación consumo de materiales/coste
Mayor uso de hormigones autocompactantes
Reduce el consumo eléctrico
La eliminación de las vibraciones implica unas condiciones en fábrica mucho más confortables y seguras
Origen de las materias primas
Las redes de suministro locales suponen distancias planta-obra más cortas, con lo que la huella ambiental se reduceTodos los materiales proceden de fuentes naturales, y principalmente de origen inorgánico
Los materiales están disponibles de forma local, mejorando la economía y el empleo en la zona
Carbonatación
Reabsorción del CO2 de la atmósfera
Eliminación parcial de un problema global
Fotocatálisis
Disminución de los efectos de la contaminación del aire (NOx, etc.)
Reducción de enfermedades respiratorias
Tabla 2.- Algunas ventajas de los elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, analizadas desde los tres dimensiones de la sostenibilidad
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (I)
Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)
Introducción
Figura 1.- Ciclo de vida que ilustra el proceso completo de la construcción mediante el empleo de elementos prefabricados de hormigón
La mayoría de avances alcanzados relacionados con los métodos estandarizados para cuantificar la sostenibilidad de la construcción, están fundamentalmente enfocados a la edificación más que a las infraestructuras, especialmente en su variante residencial. El impacto global de la edificación residencial es el mayor de todos, pues implica a los tres ejes de la sostenibilidad: medioambiental (emisiones de gases de efecto invernadero, derivados de los consumos de calefacción y/o refrigeración para lograr unas condiciones interiores confortables), social (la vivienda es una primera necesidad para las personas) y económico (suele representar el mayor gasto que afronta una persona a lo largo de su vida).
Mientras tanto, la obra civil no ha evolucionado igualmente en esta materia. Aunque generalmente se trata de construcciones de mayor envergadura, los impactos sobre la sostenibilidad son mucho más difusos y no tienen una repercusión tan directa sobre la vida diaria de los ciudadanos.
Por estas razones, puede explicarse que los métodos de evaluación de la sostenibilidad para la obra civil no estén tan desarrollados como los existentes en la edificación, incluso con cierta dificultad para encontrar referencias sobre este campo. Esto puede implicar de alguna forma un obstáculo para la promoción técnica de los elementos prefabricados de hormigón, en un área que suele estar dominado por ingenieros que, en general, saben apreciar mejor las ventajas funcionales que esta metodología constructiva ofrece con respecto a otras.
Este artículo pretende describir las fortalezas que la construcción con prefabricados de hormigón tendrá en el inminente marco reglamentario sobre la sostenibilidad en la obra civil, como vía para mejorar sus posibilidades y lograr una mayor cuota de mercado. También se analizarán algunos de los indicadores de la sostenibilidad que ya aparecen en los borradores de normas actuales.
La razón de la sostenibilidad
Los conceptos de sostenibilidad y desarrollo sostenible se mencionan en casi cualquier actividad que esté relacionada con el uso de recursos, consumo de energía o el ambiente exterior. Pero ninguno de ellos son términos nuevos, habiendo evolucionado notablemente en las últimas décadas hasta el punto de tener una enorme importancia en muchas decisiones que se toman actualmente, especialmente en aquellos países o economías más avanzadas en las que existe una creciente preocupación por las consecuencias del cambio climático, la escasez de energía o el crecimiento demográfico.
La construcción tiene una tremenda influencia analizada desde los puntos de vista económicos (por su peso en el PIB), sociales (como generador de empleos, o como medio para resolver algunas necesidades básicas como la vivienda, o la creación de infraestructuras) y medioambiental (uso de recursos naturales, energía, o posibles daños al ambiente).
Las administraciones públicas son cada vez más conscientes acerca de que el modelo actual y reciente de construir puede (y debe) mejorar mucho:
Gases de efecto invernadero: ↓ 30 – 40%
Consumo de agua: ↓ 12 – 20%
Consumo de energía primaria: ↓ 35 – 40%
Consumo de materias primas: ↓ 30 – 40%
Ocupación del suelo: ↓ 20%
Es evidente que construyendo de forma más ecológica se conseguirá una notable reducción del impacto para lograr los objetivos marcados por los gobiernos y la sociedad en su conjunto. Sin embargo, la mayoría de los criterios calificados como sostenibles en la construcción no son nuevos, siendo muchos de ellos ya utilizados desde el pasado cuando seguramente se hacía un consumo más responsable de los recursos disponibles, bien porque no había otra posibilidad o bien porque no existía esa cultura que ha llevado a ciertos excesos arquitectónicos tan habituales en tiempos recientes.
Hay que remarcar igualmente que el enfoque sostenible puede correr cierto riesgo de ser malinterpretado, si se utiliza de manera desproporcionada. Vivimos una época en la que muchos productos de construcción son presentados directamente como el adalid de la sostenibilidad, algo que conlleva a pensar que debería realizarse un uso más moderado del término. Debemos ser muy cautos con la interpretación del término, así como con todo aquello que se nos presente como sostenible, debiendo ponerse siempre en el contexto adecuado. Es el caso, por ejemplo, de la madera que se presenta (casi) siempre como el material de construcción más sostenible, sin tener en consideración ningún otro factor como el marco climático, social, económico e incluso cultural del lugar donde se emplee, lo que provoca escepticismo en muchas ocasiones acerca de la validez del propio concepto.
Métodos de evaluación de la sostenibilidad
Existen ya un buen número de metodologías para evaluar cuánto tiene de sostenible un edificio o una infraestructura. Éstas pueden clasificarse como metodologías privadas o bajo procedimientos normalizados. Respecto a los sistemas privados de certificación, deben destacarse BREEAM [1] que fue el primer método de evaluación de la sostenibilidad de los edificios, desarrollado en el Reino Unido en 1990 por el Building Research Institute; y la herramienta LEED [2], desarrollada en 1996 y operada por el U.S. Green Building Council. Ambos sistemas de certificacion están expandidos a nivel mundial. Otros sistemas conocidos son el SBTool (Canada), HQE (Francia) o el DGNB (Alemania). Un aspecto común a todos ellos es que están orientados a edificación.
Respecto a modelos de evaluación de la sostenibilidad de infraestructuras, pueden destacarse los programas CEEQUAL y SUNRA.
La reciente proliferación de este tipo de procedimientos provoca cierta dificultad en realizar comparaciones comprensibles entre distintos programas, e incluso entre una construcción ecológica frente a la tradicional. Para hacer frente a esta gran cantidad de métodos de cuantificación de la sostenibilidad, las dos principales organizaciones mundiales de normalización, CEN (Europa) e ISO (Internacional) han comenzado a desarrollar sus propias normas. En el caso de ISO, los comités que tratan con aspectos de construcción sostenible son los TC207, ISO TC59 SC17 e ISO TC71SC8. En cuanto a CEN, se hace a través del comité TC 350, dividido en seis grupos de trabajo siendo el WG6 el dedicado a la obra civil
Los métodos de evaluación de la sostenibilidad en los tres ejes – medioambiental, social y económico – de las obras de ingeniería civil establecidos en las normas tienen en cuenta los aspectos de comportamiento y los impactos para que puedan ser cuantificados, sin lugar a interpretaciones subjetivas y conducentes a resultados claros de cada indicador que se evalúe.
Las normas ISO 21931-2 [3] y EN 15643-5 [4] son las que establecen el marco que definen los métodos de evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras. Ambas normas se encuentran todavía en fase de análisis, por lo que aún habrá que esperar 1 o 2 años hasta su aprobación.
En lo que se refiere a nivel de productos o elementos constructivos, se deben destacar las normas ISO 21930 [5] y EN 15804 [6]. Ambas normas presentan un esquema similar. Las dos proporcionan las reglas de categoría de producto (acrónimo en inglés, PCR) básicas para llevar a cabo las declaraciones ambientales (acrónimo en inglés, EPD) o etiquetas Tipo III de cualquier producto o servicio de construcción, definiendo los parámetros a declarar y la forma en que se recopilan y se consignan en los informes, las etapas del ciclo de vida de un producto que hay que considerar, o las reglas para el desarrollo de escenarios. Estas normas establecen la base para estimar los valores que corresponden a más de 20 indicadores ambientales, los cuales pueden organizarse en tres categorías:
Indicadores de impacto ambiental: potencial de calentamiento global; potencial de agotamiento de la capa de ozono estratosférica; potencial de acidificación de tierra y agua; etc.
Indicadores de uso de recursos: uso de energía primaria renovable; uso de energía primaria no renovable, uso neto de agua corriente; etc.
Indicadores que describen categorías de residuos: residuos peligrosos y no peligrosos vertidos; residuos radiactivos vertidos; etc.
En este sentido, hay que aclarar que la evaluación del comportamiento social y económico a nivel de producto todavía no está cubierta en las normas, al menos a nivel europeo.
Y de manera más particular, debe destacarse el hecho importante de que el Comité Europeo de Normalización para los productos prefabricados de hormigón, el CEN/TC 229, acaba recientemente de iniciar los trabajos que llevarán a definir una norma específica que establezca las reglas de categoría de producto para la emisión de declaraciones ambientales de producto tipo III para tales productos prefabricados.
Debe también remarcarse otro hecho significativo. Frente a la estrategia seguida por la mayoría de materiales de construcción que sólo declaran los parámetros medioambientales hasta el final del proceso productivo sin tener en cuenta los impactos del resto del ciclo de vida, lo que se conoce como de “cuna a puerta”, las declaraciones ambientales de los productos prefabricados de hormigón se basarán en el ciclo completo, es decir, la opción denominada “de cuna a tumba”, permitiendo que todos los consumidores conozcan todos los impactos obtenidos en el ciclo de vida total, incluso hasta la fase de demolición o deconstrucción de la obra, o la posible reutilización de elementos en otra construcción en el futuro.
Referencias
[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment
[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design
[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works
[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works
[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products
[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.
Sobre los autores:
Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.
Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.
Traviesas de hormigón prefabricado. Fuente: http://www.prefabricadosdelta.com/
Las traviesas que recogen la vía y se apoyan sobre el balasto constituyen, junto con la vía en placa (sin balasto), dos posibilidades de gran interés en el caso de utilizar elementos prefabricados de hormigón. Recordemos aquí que el balasto es la base de la vía, formada por áridos de una granulometría variable entre 40 y 150 mm aproximadamente, cuyo objetivo es estabilizar el conjunto de la vía.
Las traviesas prefabricadas de hormigón, también denominadas durmientes en muchos países de Latinoamérica, son un tipo de traviesas que aparecen ante la necesidad de buscar elementos más baratos y abundantes que la madera. Aparecen por primera vez en la Primera Guerra Mundial. Tras muchos intentos y pruebas comienza a consolidarse en el mercado ferroviario a partir de los años 50, cuando se empieza también a constatar su superioridad técnica. Su misión principal es servir de soporte a los raíles y transmitir las cargas al balasto de la vía, constituyéndose actualmente como la solución más empleada en líneas de ferrocarril convencionales, alta velocidad (campo cada vez más interesante en todo el mundo por los miles de kilómetros que hay en proyecto o ejecución) e incluso en líneas de metro urbano.
Cada administración ferroviaria dispone de uno o varios modelos caracterizados fundamentalmente por su geometría y tolerancias, momentos característicos en secciones críticas y valores de los momentos de ensayo para los ensayos de homologación. Cada fabricante dispone de una tecnología propia de diseño y fabricación para cumplir los requisitos de la administración ferroviaria. Son elementos muy normalizados; a destacar, la norma Europea EN 13230 y su traslación española ET033605718b. Se trata de un elemento totalmente industrializado, por lo que de fábrica ya debe salir terminado y con el resto de elementos necesarios incorporados, tales como los sistemas de sujeción con la vía o incluso suelas elásticas para mejorar el apoyo. Por otra parte este pre-montaje es necesario para asegurar la precisión geométrica final. Además de la precisión geométrica y prestaciones mecánicas (resistencia a fatiga), el peso y superficie de apoyo son importantes por razones de estabilidad y degradación del balasto.
Se pueden distinguir diversas tipologías: las traviesas bibloque de hormigón armado que constan de dos piezas de hormigón unidas por una barra de hierro, y las traviesas monobloque de hormigón pretensado, siendo estas últimas las más utilizadas. A su vez, podemos encontrarnos con traviesas polivalentes que permiten el desplazamiento de los carriles para adaptarse a dos anchos de vía (caso de países en que confluyan medidas entre carriles diferentes, como sucede por ejemplo entre España y los países limítrofes), mediante el cambio simultáneo de las fijaciones hacia dentro o hacia afuera. Y traviesas de tres hilos, que también se adaptan a dos anchos de vía, pero teniendo una línea de fijación inmóvil y otra formada por dos posiciones desplazadas más de 200 mm que permiten la utilización simultánea en ambos anchos. Ambos modelos han sido desarrollados originalmente en España.
Otros modelos específicos son:
Las traviesas de desvío, que se utilizan en enlaces entre vías o tramos especiales;
Traviesas con suela elástica, empleadas para el reforzamiento de la construcción de vías sobre balasto; adecuadas especialmente para terrenos desiguales difíciles, como transiciones sensibles de la traza entre las obras de tierra y los túneles, o puentes.
Trazado esquemático de las traviesas polivalentes. ADIF. Fuente: http://www.adif.es/
Sus mayores ventajas derivan de su fabricación bajo un sistema de aseguramiento de la calidad más elevado, especialmente por la necesidad de emplear materias primas de altas prestaciones, un control minucioso en la fase de producción y la obligación de llevar a cabo ensayos mecánicos sobre el producto terminado. El control dimensional implica una gran precisión geométrica de las piezas. La precisión exigida (+2mm, -1mm) sobre una base de 1.700 mm es la más alta sobre ningún elemento de hormigón estructural, pensando sobre todo en la variación dimensional a los largo del tiempo por fluencia y retracción. Son elementos que aseguran una durabilidad elevada, para los esfuerzos mecánicos y condiciones ambientales adversas a las que estarán expuestos durante su vida útil. Esto obliga a materiales y procesos de curado exigentes. Además, son elementos de escaso mantenimiento (conserva prácticamente inalterables sus características resistentes iniciales) y su colocación se hace de forma mecanizada (grandes rendimientos de ejecución). Por el contrario, su alto peso (en torno a 300 kg) hace que su manejo, a no ser por medios mecánicos, sea más difícil, aunque esto ayuda a mejorar la estabilidad de la vía adhiriéndose mejor al balasto.
Os dejo a continuación un vídeo de la fabricación de este tipo de traviesas prefabricadas.
Referencias:
CURSO DE ESPECIALIDAD BÁSICA – CONOCIMIENTO DE LA CONSTRUCCIÓN INDUSTRIALIZADA CON PREFABRICADO DE HORMIGÓN O CONCRETO. Maestría Internacional en Soluciones Constructivas con Prefabricados de Hormigón o Concreto, organizada por ANDECE y STRUCTURALIA. (link)
El vertido de la mezcla del hormigón fresco en el molde en las plantas de prefabricados debe realizarse en el menor tiempo posible, siendo los sistemas más habituales los cubilotes y las cubas aéreas. Los actuales sistemas de distribución del hormigón fresco permiten una distribución del hormigón de forma flexible y rentable a cualquier parte de la planta de prefabricados de hormigón que lo necesite. Los sistemas son muy económicos pues no necesitan de personal para manejarlos ni se requiere la capacidad de una grúa. Los sistemas no interfieren con el tránsito interno de la planta puesto que dejan el suelo libre para las operaciones de producción.
Las cubas aéreas (o vagonetas móviles) están disponibles en tamaños que van desde 1 a 3 m3. Están disponibles tanto para sistemas de raíl simple o doble, con controles totalmente automáticos o semi-automáticos. Las cubas aéreas son apropiadas tanto para tramos rectos como para curvos, pueden dominar pendientes e inclinaciones hasta un ángulo máximo de 10- 12º. La descarga de la cuba se produce por simple volteo.
Referencias:
ANDECE-STRUCTURALIA (2014). “Módulo 5 Fabricación. Curso de especialidad básica – Conocimiento de la construcción industrializada con prefabricado de hormigón o concreto. Maestría Internacional de Soluciones Constructivas con Prefabricados de Hormigón o Concreto”. http://capacitacionprefabricados.com/
En un artículo reciente del blog 
