Innovación y optimización en el diseño estructural: losas aligeradas con análisis multivariante
La construcción moderna está en constante evolución para superar los retos asociados al alto consumo de materiales, la sostenibilidad ambiental y los costes elevados. En este contexto, las losas aligeradas con esferas o discos plásticos presurizados se presentan como una solución estructural innovadora que combina eficiencia, sostenibilidad y funcionalidad. Este artículo detalla, basándose en el análisis exhaustivo del documento presentado, cómo la metodología de análisis multivariante permite dimensionar con precisión este tipo de losas, optimizando recursos y reduciendo el impacto ambiental.
El trabajo se enmarca dentro de los proyectos de investigación HYDELIFE y RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Introducción a las losas aligeradas
Las losas de hormigón armado son elementos clave en cualquier edificación, diseñadas para soportar cargas verticales y transferirlas a los soportes principales. Sin embargo, su peso propio plantea un desafío técnico y económico, especialmente cuando hay grandes luces entre apoyos, ya que se necesitan más materiales y refuerzos, lo que aumenta los costos y el impacto ambiental.
El concepto de losas aligeradas
Este sistema estructural combina los Métodos Modernos de Construcción (MMC) con la sostenibilidad ambiental e integra aligeradores huecos de materiales reciclados, como discos o esferas plásticas presurizadas, en el núcleo de las losas. Estas estructuras reducen el peso propio, optimizan las cargas transmitidas y permiten utilizar menos hormigón y acero sin comprometer la resistencia estructural.
Innovación técnica: metodología para el dimensionamiento
Base del estudio
La metodología presentada analiza 67 edificios construidos con losas aligeradas y registra 75 observaciones de forjados. Estos datos se procesaron mediante análisis estadístico y modelos de regresión multivariante, lo que permitió desarrollar ecuaciones predictivas altamente precisas para calcular el espesor de las losas en función de sus características estructurales.
Variables clave
- Luz principal (L): Distancia entre los apoyos principales.
- Espesor de la losa (E): Variable dependiente del modelo.
- Altura del disco o diámetro de la esfera (H): Elemento aligerante.
- Sobrecarga (Q): Definida por el uso del edificio.
- Superficie construida: Influye en la carga total transferida.
- Número de plantas: Relacionado con la distribución de cargas.
Resultados del análisis
El estudio identificó una fuerte correlación entre estas variables, especialmente entre el espesor de la losa y la luz entre apoyos. Esto permitió formular una ecuación que explica hasta el 98,34 % de la variabilidad del espesor de las losas aligeradas.
Ecuación ajustada del modelo final:
Aspectos destacados:
- La relación cuadrática entre la luz y el espesor refleja la carga que predomina en la sección.
- La altura del disco aligerante influye directamente en el diseño, que está condicionada por los espesores comerciales disponibles.
Validación estadística
Se realizaron pruebas de normalidad (Shapiro-Wilk y Kolmogorov-Smirnov) y análisis de residuos. Los residuos siguieron una distribución normal, confirmando la robustez y validez del modelo propuesto.
Criterios de diseño
- Para luces mayores de 7,2 m o sobrecargas superiores a 2 kN/m², el modelo proporciona cálculos más precisos que las reglas tradicionales.
- Se recomienda utilizar este modelo como guía inicial para seleccionar el tamaño adecuado de los aligeradores.
Beneficios económicos y ambientales
El uso de losas aligeradas supone una mejora sustancial en términos de costes y sostenibilidad:
Ahorro de materiales
- Se ha reducido el consumo de hormigón hasta en un 30 %, lo que equivale a 1000 m³ menos por cada 10 000 m² de losas construidas.
- Disminución del uso de acero en un 20 %, lo que optimiza los refuerzos y las cimentaciones.
Impacto ambiental
- Reducción de emisiones de CO₂: por cada 10 000 m² de losas, se evita la emisión de 220 toneladas de CO₂.
- Uso de materiales reciclados para los aligeradores, lo que promueve la economía circular.
- Se consume menos agua y energía durante la construcción.
Optimización de costes
- Las estructuras más ligeras reducen la demanda de cimentaciones y elementos de soporte.
- Se necesita menos cimbrado y los tiempos de construcción son más cortos.
- Aumento de la eficiencia global del proyecto.
Aplicaciones y comparativas estructurales
Las losas aligeradas son particularmente útiles en edificios residenciales, comerciales e industriales donde se requieren luces amplias (de 5 a 16 m). Su flexibilidad y adaptabilidad permiten su uso en una amplia variedad de aplicaciones.
Comparación con losas macizas
- Peso y carga:
- Las losas aligeradas reducen el peso propio hasta en un 30 %.
- Al transferir menos cargas a los pilares y cimentaciones, se reduce el riesgo de daños.
- Resistencia estructural:
- Ofrece una resistencia a la flexión y al punzonamiento comparable a la de las losas macizas.
- Incorporación de zonas macizas alrededor de los pilares para mejorar la capacidad cortante.
- Flexibilidad en el diseño:
- Permite mayores luces y diseños arquitectónicos más libres.
- Facilita la apertura de huecos para instalaciones o reformas en el futuro.
Desafíos y perspectivas futuras
Aunque este sistema presenta numerosos beneficios, aún enfrenta ciertos retos que deben abordarse:
- Estandarización del diseño:
- Es necesario desarrollar normas que regulen el uso de aligeradores en distintos contextos.
- Hay que incorporar criterios adicionales, como la resistencia al fuego y la durabilidad, en los modelos de diseño.
- Optimización del sistema:
- Explorar nuevos materiales reciclados para mejorar la sostenibilidad del sistema.
- Desarrollar herramientas digitales basadas en dicho modelo para facilitar su aplicación.
- Estudios comparativos ampliados:
- Evaluar el rendimiento de las losas aligeradas frente a sistemas tradicionales, como los forjados reticulares.
- Realizar un análisis del ciclo de vida completo que tenga en cuenta el impacto económico, ambiental y social.
Conclusiones
Este estudio ofrece una herramienta innovadora para el dimensionamiento eficiente de losas aligeradas, basada en el análisis multivariante y en criterios estadísticos rigurosos. Estas estructuras no solo optimizan el uso de materiales, sino que también reducen el impacto ambiental y fomentan la sostenibilidad en la construcción.
Con un enfoque que combina diseño avanzado, ahorro de recursos y flexibilidad arquitectónica, las losas aligeradas están transformando la forma de construir edificios modernos. A medida que se perfeccionen los modelos y se amplíen sus aplicaciones, este sistema se perfilará como una solución fundamental para construir un futuro más sostenible y eficiente.
Os dejo la presentación que se hizo en el congreso:
Como está publicado en abierto, os dejo la comunicación completa a continuación:
Referencia:
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; GUAYGUA, B.; VILLALBA, P.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos basada en modelos de análisis multivariante. Aplicación al dimensionamiento de losas planas aligeradas. 28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain), pp. 445-459. DOI:10.61547/2402013
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