Avances “concretos” para vías más resistentes

Avances “concretos” para vías más resistentes

Una de las quejas más recurrentes de los ciudadanos frente al tema de movilidad es el mal estado de las vías. Este reclamo es escuchado en grandes capitales, ciudades intermedias y áreas rurales. Es una problemática que afecta gran parte de las carreteras del país. ¿Es posible construir vías más resistentes que mejoren la movilidad?

Hermes Ariel Vacca es profesor del Departamento de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Javeriana y actualmente hace su doctorado en Ingeniería en el mismo centro educativo. Su proyecto de investigación se centra en aportar una solución a la movilidad a través de un material que ofrece mejores resultados para las vías vehiculares. Estos materiales son los Concretos de Ultra Alto Desempeño (UHPC por sus siglas en inglés). Son una familia de concretos de uso relativamente reciente en el mundo de la construcción.

Desde la década de los noventa, avances científicos han permitido crear materiales como estos, que son más resistentes y de mayor durabilidad. Durante los últimos años se han usado en infraestructura general: edificios y puentes en su mayoría, pero el profesor Vacca está investigando su aplicación en pavimentos.

Lo primero que hay que aclarar es qué son pavimentos para carreteras. Son estructuras de varias capas compuestas de materiales seleccionados para soportar las cargas vehiculares y las diversas condiciones climáticas. Cada vez que un vehículo pasa, los ejes (en este caso las llantas) transmiten unos esfuerzos al suelo, especialmente en los arranques y frenados. “Cada capa hacia arriba tiene mayor rigidez y condiciones mucho más acertadas de desempeño mecánico para soportar las cargas de los vehículos”, explica el investigador.

A partir de dicha situación, la rama de la ingeniería que se dedica al diseño de pavimentos debe analizar el tipo de suelo, las cargas proyectadas, condiciones ambientales y proyectar el tipo de materiales que requiere esa vía para que funcione durante un tiempo determinado.

 

Los UHPC como alternativa para rehabilitar pavimentos

Las necesidades de la infraestructura son cada vez más exigentes. Se hacen edificios más altos, puentes con más capacidad y vías que resistan mayor cantidad de vehículos y altas velocidades. Es por esto que desde hace algunas décadas se vienen desarrollando materiales de mayor resistencia. De allí surgen los concretos de ultra alto desempeño, que se diferencian de los concretos convencionales en su composición y comportamiento mecánico.

De forma general, los concretos se componen de mezcla de agregados naturales, procesados o artificiales, agua y algunos aditivos que le dan características específicas dependiendo las necesidades de la obra. En un concreto convencional, los materiales de la mezcla suelen tener un tamaño de hasta dos centímetros y se usa más cantidad de agua. Los UHPC usan materiales mucho más finos que permiten mayor compactación. En estas mezclas los agregados son arenas tienen tamaños de máximo un milímetro. Adicionalmente requiere menos agua porque se agrega un aditivo súperplastificante que hace que toda la mezcla sea más fluida.

 

Los resultados

La investigación doctoral del profesor Vacca va en su cuarto año y muestra mejores rendimientos de este tipo de concreto cuando se compara con uno convencional. Una de las principales características es su resistencia a la presión y en este aspecto el UHPC lo demuestra. “Un concreto convencional puede tener una resistencia a la compresión entre 20 y 30 megapascales (unidad de medida para calcular cimentaciones y secciones resistentes en estructuras)”, explica el investigador. Adiciona que “cuando hablamos de un UHPC, hoy en día puede tener un valor de 150 megapascales (MPa) de resistencia, que es un comportamiento mecánico mucho más avanzado.” agrega.

Por ejemplo, las losas del sistema de transporte Transmilenio pueden tener en promedio unos 30 centímetros de espesor y un módulo de rotura del orden de 4.0 o 4.5 megapascales. Con los UHPC se cuadruplica este valor, es decir, 16 o 20 MPa de resistencia a la flexión. Esta investigación propone sustituir parte de la última capa del pavimento (llamada de rodadura) e instalar una sobrecarpeta de UHPC buscando aumentar la vida útil del pavimento.

“Nosotros venimos instalando entre tres y cinco centímetros de UHPC, que es un espesor óptimo en las diferentes pruebas que hemos hecho a lo largo de esta investigación”, detalla el especialista. Agrega que “si ya tienes de entrada una resistencia mecánica muy alta y durabilidad, seguramente tu desempeño mecánico en función del tiempo va a ser mucho mejor y va a soportar un mayor volumen de vehículos”.

Según el estudio, estas sobrecapas podrían aumentar en gran medida la vida útil de las vías pues es un material que soporta mejor el paso de los vehículos y hace más lejanos los periodos de arreglo. “El mantenimiento o rehabilitación de pavimento consiste en quitar parte de la capa de rodadura del existente y poner una nueva, que puede durar uno o dos años. Al comparar la metodología convencional con esta nueva, estamos buscando aumentar la vida de servicio de ese pavimento. Que no se tengan que hacer intervenciones cada dos o tres años, sino en lo posible buscar diez o más años”, complementa.

En términos de precio, si se comparan los valores iniciales, usar UHPC puede ser dos o tres veces más costoso que un concreto convencional. Sin embargo, para el investigador se debe hacer otro análisis para ver el valor agregado de esta propuesta. “Si se evita realizar una intervención que comúnmente se hace cada dos años, ahora se puede extender a 10 años, el beneficio no es solamente para el constructor sino también para el usuario”, sostiene Vacca. Además manifiesta que a pesar de la diferencia de precios, la durabilidad del material y su desempeño mecánico lo hace competitivo frente al concreto convencional.

Si bien podría ser una alternativa para las vías del país, Vacca todavía no lo ve como una opción global. “Si una comunidad tiene vías con bajos volúmenes de vehículos, yo diría que esta no es la solución. Quizás con la misma inversión podría pavimentar tres vías más. Pero si son vías de altos volúmenes vehiculares, por ejemplo, las hoy denominadas de cuarta o quinta generación, y que no se puede estar cerrando cada año o cada dos años para hacer una intervención, es ahí donde entra a funcionar este material”, reitera.

En el marco de esta investigación se han hecho pruebas en laboratorio y a escala real de este material, y se han instalado secciones de prueba en Medellín y Girardota (Antioquia) y en Facatativá (Cundinamarca). Adicionalmente, está en curso la construcción de un laboratorio-equipo de pista en los laboratorios de ingeniería de la Javeriana. Este es una fosa de diez metros de largo por cuatro de ancho y cuatro de profundidad, que permite hacer simulaciones de suelo y estructuras de pavimento y validar el desempeño de nuevos materiales en la construcción. En el país sólo hay dos laboratorios de este tipo.

Si bien el profesor Hermes Vacca sostiene que estas aplicaciones de concretos son recientes, reconoce que aún faltan ajustar detalles para que pueda pasar del laboratorio a la vida real. “Hay que capacitar al personal, calibrar los equipos para optimizar los procesos. Todo esto es nuevo, pero estamos a la vanguardia de cómo se está haciendo en otros países y estamos sacando provecho a los nuevos equipos que ha traído la universidad”, concluye. A finales de este año se espera que se puedan iniciar las evaluaciones de pavimentos en el equipo de pista.

 

*Esta investigación es financiada por el Ministerio de Ciencia, Tecnología e Investigación, y en ella participan la Pontificia Universidad Javeriana y la empresa Argos.

Vivienda de interés social: metros cuadrados vs. calidad de vida

Vivienda de interés social: metros cuadrados vs. calidad de vida

Según el DANE, en 2017 se culminaron 59.991 unidades de vivienda de interés social (VIS), lo que representa una disminución frente a 2016, año en que se construyeron 72.115. Las cifras de vivienda de interés prioritario (VIP) también descendieron: de 83.244 unidades en 2016 se llegó a 78.794 en 2017. Tal vez la disminución en la edificación de viviendas se deba a los costos adicionales en el metro cuadrado, dice María Fernanda Serrano Guzmán, docente del Departamento de Ingeniería Civil e Industrial de la Universidad Javeriana Cali y coautora del artículo científico “Impacto en costos directos de vivienda de interés social y de interés prioritario por inclusión de nuevas normas de construcción: caso Cali”, publicado en la revista Dyna, de la Universidad Nacional de Colombia, sede Medellín.

Una VIS es aquella que reúne los elementos para asegurar su habitabilidad, cumple con estándares de calidad en diseño urbanístico, arquitectónico y de construcción, y en Colombia tiene un valor máximo de 135 salarios mínimos legales mensuales vigentes. Para adquirirla, el núcleo familiar debe tener un ahorro base y un ingreso salarial mínimo, si se requiere un préstamo bancario. Por su parte, la VIP tiene un monto de 70 salarios mínimos legales mensuales vigentes y el Gobierno la concede en programas de reubicación, por ejemplo, cuando la población se ha visto afectada por catástrofes naturales.

En el país, los programas de VIS y VIP han sido impulsados por el Gobierno nacional, las cajas de compensación familiar y las constructoras con el fin de proveer una vivienda digna a los hogares con menos ingresos. En la actualidad, además de la existencia del Reglamento Colombiano de Construcción Sismo Resistente (NSR-2010), decreto que establece aspectos técnicos a nivel estructural, existen otras disposiciones técnicas de obligatorio cumplimiento que están generando costos adicionales en el metro cuadrado de vivienda, lo que excede los topes máximos establecidos para este tipo de proyectos, con la consecuente repercusión en disminución de áreas y en acabados del producto final.


Condiciones de vivienda digna y adecuada

Para la investigadora Serrano, en el Gobierno Santos se hizo un especial énfasis en proveerles vivienda a las personas, y considera que la tarea se realizó; sin embargo, ve una deficiencia en el cumplimiento completo de condiciones de vivienda digna y adecuada que establece el Folleto Informativo n.º 21 de la ONU. “Claro que ahora estas personas tienen unas condiciones de vida mejores: un área un poco más grande con materiales que les dan seguridad ante las inclemencias climáticas, pero hay que seguir trabajando, porque las viviendas las entregan sin ningún tipo de enchape y recubrimiento en las zonas húmedas, en ocasiones, solo con la puerta del baño y la de la entrada”, añade la docente.

Con base en estas inquietudes, los miembros del grupo de investigación en Detección de Contaminantes y Remediación (DeCoR), en cabeza de Serrano Guzmán, y el semillero de investigación Gestión de Obras, de la Javeriana Cali, se pusieron como meta identificar el impacto económico que, en los proyectos de construcción de las VIS y las VIP, tiene la aparición de nuevas normas y las modificaciones hechas a las ya existentes; consideran que estos cambios en la reglamentación deben ir acompañados por una revisión de su incidencia en el costo de la construcción y, con ello, en los topes establecidos, de tal manera que se garantice el tamaño y la calidad de las viviendas.

Seis de estas, dos de interés social y cuatro de interés prioritario, ubicadas en Cali, sirvieron de objeto de estudio. Los criterios de selección incluyeron la similitud de las áreas (60 metros cuadrados para VIS y entre 47 y 50 metros cuadrados para VIP) y la ejecución basada en las normas de construcción exigidas en la fecha en que se construyeron.

Según cifras reveladas por Camacol, para 2018 hay un total de 77670 cupos disponibles para programas de vivienda de interés social en el
Según Camacol, para 2018 hay 77.670 cupos disponibles para programas de vivienda de interés social en el país.


Más normas, menos metros cuadrados

Además del NSR-2010, la implementación de nuevas normas de obligatorio cumplimiento, como el no incremento del valor máximo definido para cada tipo de proyecto, está llevando a los constructores a reducir el área de las viviendas entregadas y la calidad de los acabados, lo que repercute en las condiciones de habitabilidad; al mismo tiempo ocasiona una reducción en la utilidad de los constructores, lo que hace menos atractivo este tipo de proyectos para los inversionistas y oprime su oferta en el mercado.

“Pudimos observar que, primero, para alguien que llega a vivir a estas casas le resulta costoso instalar un lavaplatos o el enchape del baño y, segundo, como los espacios son tan reducidos, ni siquiera hay lugar para clósets. Si se realiza un ajuste a los topes en los precios, probablemente se podrían mejorar los acabados de esas viviendas y así brindar las condiciones básicas”, argumenta la investigadora.

Los temas de salubridad, concluye el estudio, ya empiezan a ‘colarse’ en las viviendas de interés social, debido a, precisamente, la reducción de los espacios. De allí que Serrano haga un llamado de sensibilización a otros profesionales de ramas como la medicina, para que lleven a cabo estudios epidemiológicos sobre las enfermedades más comunes en ciertos sectores. “El vivir tan juntos puede degenerar en enfermedades respiratorias, alergias u otras molestias de salud. Es urgente que hagamos intervención desde diferentes disciplinas”, añade la especialista en Ingeniería Ambiental.

La voz también se extiende al sector de la construcción, pues para cumplir con todos los requisitos y ofrecer una vivienda digna es fundamental el establecimiento de nuevos montos para los proyectos de VIS y de VIP. Los investigadores proponen la constitución de mesas de trabajo con el firme objetivo de crear un documento que le sirva de guía al Gobierno nacional a la hora de fijar los precios para este tipo de proyectos.

Así mismo, advierte la investigación, es clave que la sociedad sepa interpretar el concepto de vivienda digna, porque, aunque los beneficiarios ahora cuenten con un hogar, el Estado debe garantizar programas en los que se entreguen domicilios aptos para habitar.


Para leer más

  • Wei, S., Jie, C. y Hongwei, W. (2015). Affordable Housing Policy in China: New developments and new challenges. China: Shanghai Finance University y Shanghai University of Finance and Economics.

 


TÍTULO DE LA INVESTIGACIÓN: Modificaciones a los reglamentos técnicos de construcción y su incidencia en los costos y la calidad de la vivienda de interés social en Santiago de Cali
INVESTIGADOR PRINCIPAL: Mauricio Chávez Calle
COINVESTIGADORES: María Fernanda Serrano y Diego Pérez
Semillero de investigación Gestión de Obras
Grupo de investigación en Detección de Contaminantes y Remediación (DeCoR)
Departamento de Ingeniería Civil e Industrial
Maestría en Ingeniería
Facultad de Ingeniería
Oficina de Investigación, Desarrollo e Innovación
Pontifica Universidad Javeriana Cali
PERIODO DE LA INVESTIGACIÓN: 2016-2017

Construcción, otro sector en la onda verde

Construcción, otro sector en la onda verde

Quince millones de toneladas —el equivalente al peso de una montaña de 174 metros de altura— se generan como residuos de construcción y demolición en la capital colombiana cada año, según un estudio de la Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá en 2011.

Se trata de una cifra alarmante (dos toneladas al año por cada habitante), superada solamente por países como Dinamarca, Finlandia o Alemania antes de la crisis de 2010. Sin embargo, un año después de esa fecha la Comisión Europea reveló que cada uno de estos países reutiliza más del 50 % de los materiales, mientras que en Colombia estas iniciativas no superan el 10 %.

Un grupo de investigadores del Departamento de Ingeniería Civil de la Pontificia Universidad Javeriana avanza desde 2011 en el estudio del aprovechamiento y reutilización de este tipo de escombros de construcción en Bogotá, donde —según la Secretaría Distrital de Hacienda— se encuentra concentrado el mayor licenciamiento de la construcción del país, con un 26,8 % del total nacional.

Desaprovechamiento nocivo para el medio ambiente

Las construcciones y las actividades de demolición y reforma de todo tipo de edificaciones generan materiales de desecho que, según explica el profesor de la Javeriana y coinvestigador del proyecto, Jesús Orlando Castaño, “son considerados no peligrosos y poseen alta susceptibilidad de ser aprovechados mediante la transformación y la reincorporación como materia prima para nuevos productos”.

De acuerdo con la investigación, actualmente los mayores productores de residuos de estas características en Bogotá son el Instituto de Desarrollo Urbano (IDU) y los constructores privados, cuyos residuos de construcción y demolición desembocan en vertederos legales. Según la Corporación Autónoma Regional de Cundinamarca, estos ascienden a 94 puntos en el país, aunque los residuos a veces han terminado en escenarios ilegales.

Se trata de una situación no sostenible y dañina para el medio ambiente pues, para el ingeniero Castaño, representa una pérdida de recursos potenciales, ya que se desechan elementos de las obras que tienen potencial de ser valorizados y se obliga al consumo de nuevas provisiones de recursos naturales.

No obstante, reconoce que, en estos vertederos legales, entre el 5 y el 10 % de los residuos están siendo sometidos a procesos de reciclaje y reutilización por un par de empresas que expiden certificado de disposición legal de escombros y comercializan productos granulares que cumplen con la normativa colombiana para la construcción. Finalmente se encuentran los denominados “molineros”, que producen arenas mediante un programa de recuperación de materiales de construcción artesanal, aunque en su mayoría generan productos que no cumplen con las normativas de calidad exigidas en este sector.

De cualquier manera, estas iniciativas todavía no resuelven el problema ambiental, pues resultan aisladas e ineficaces frente al alto volumen de residuos que se generan en una ciudad como Bogotá. “Queríamos encontrar soluciones y usos a los escombros, para que dejaran de engrosar las escombreras”, dice la profesora javeriana e investigadora del proyecto Adriana Gómez, quien afirma que lograr este propósito requería de pruebas técnicas que sustentaran, en el caso colombiano, la tendencia mundial de transformar la industria de la construcción en una actividad sostenible.

Tras los arsenales de los laboratorios

Fue entonces cuando los investigadores se instalaron en sus complejos laboratorios de la Universidad Javeriana. “El concreto está compuesto por cemento, agregado grueso, agregado fino, agua y aditivos. Quisimos que esos agregados (materiales no renovables) fuesen sustituidos por el material proveniente de las demoliciones, para hacer un reciclado de este, y ver si cambiaban sus propiedades físicas o mecánicas”, explica la ingeniera Gómez.

El investigador principal del proyecto, Manuel Ocampo, señala que luego de un proceso de trituración, separaron los agregados en diferentes tamaños y los usaron para reelaborar el concreto. “Encontramos que hay parte del material reciclado que se puede utilizar, pero hasta el momento no se han dado buenos resultados usando el 100 % del reciclado, ya que sigue siendo necesario mezclar este material con una parte nueva extraída de la cantera”, puntualiza.

Los procedimientos técnicos que desarrollaron los investigadores demostraron que sí es viable reutilizar los residuos de construcción y demolición. “Estos materiales, en determinadas proporciones y tratamientos, funcionan igual que un concreto normal (recién elaborado con material de cantera) y no se pierden las propiedades mecánicas ni físicas”, devela la profesora Gómez.

De esta manera, no sería necesario utilizar de primera mano todos los recursos no renovables —es decir, la piedra en su estado natural—. Además, habría una variabilidad en el precio porque el material extraído de la cantera sería como de primera calidad, pero el otro se obtendría a menor valor.

También se contribuye a solucionar la escasez de materias primas, teniendo en cuenta que, para acceder a esos recursos de primera calidad, actualmente es necesario traerlos de departamentos como Meta o Tolima, e incluso de municipios aledaños a Bogotá, ya que en la ciudad no se encuentran agregados óptimos que cumplan con los estándares requeridos en el país.

“Así, se da valor a esos residuos para beneficio del medio ambiente. Contaminamos y explotamos menos, lo que sin duda constituye un aporte social importante”, concluyen Castaño y Ocampo, quienes complementan que esto comienza a formar parte de las labores de algunas cementeras como Cemex o Manufacturas de Cemento, empresas que, además, les han permitido a los investigadores de este proyecto realizar estudios técnicos en sus plantas. Sin embargo, estas compañías no tienen como propósito vender el producto final al público de manera masiva.

De la viabilidad a la rentabilidad

Investigaciones de este tipo en el campo de la ingeniería civil han abierto un espacio para el desarrollo de nuevos estudios y la participación de jóvenes investigadores, como los magísteres Leonardo Lasso y Rodrigo Misle, quienes en 2012 adelantaron un proyecto enfocado al estudio de las posibilidades de generación de empresa a partir de este vacío en la industria. Demostraron, mediante modelos económicos y financieros, que el aprovechamiento de los residuos de construcción y demolición, además de ser viable, resulta rentable. Los ingenieros indicaron que los márgenes de utilidad pueden ser realmente altos. En concreto, una inversión inicial que ronda los 15.000 millones de pesos puede ser recuperada en casi 7 años y luego genera ganancias.

Se trata de modelos económicos basados en tres posibles escenarios: el primero, una empresa del Distrito; el segundo, con un actor privado en cooperación con el Distrito; y el tercero, un actor privado (con o sin financiación bancaria). En todos los casos la iniciativa muestra que, a corto plazo, retorna la inversión, incluso con ganancias superiores al 30 % luego de 10 años.

“Por el momento, comenzamos a exponer esta novedosa idea de negocio en el mundo empresarial, pero detectamos un recelo para entrar en ese mercado, puesto que aún es desconocido y las regulaciones para el aprovechamiento de estos escombros no son claras”, finaliza Castaño, tutora del proyecto.

Así mismo, señala que quizás debería ser la administración distrital la que proporcione las herramientas para el proceso de aprovechamiento de material de escombros, por medio de la creación de plantas de transformación de primer nivel, capaces de realizar un aporte al medio ambiente y aliviar el efecto negativo de la construcción en la ciudad.


Para saber más:
» Castaño, J., Misle, R., Lasso, L., Cabrera, A. & Ocampo, M. (2013, octubre-diciembre). “Gestión de residuos de construcción y demolición (RCD) en Bogotá: perspectivas y limitantes”. Tecnura 17 (38): 121-129.

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