Métricas para el diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo

Abstract

[EN] Concrete structures design has been linked to enhance their strength, constructability, and economic characteristics. In recent decades there has been an increase in research activities related to unconventional concrete. High strength, self-compacting and fiber reinforced concrete has increased its use in civil engineering and architecture field. These materials have certain properties such as high strength, workability and durability, giving it additional features to conventional concrete. However, we have detected a gap in the metrics knowledge to evaluate their contribution to sustainability. There are several tools to analyze the structural sustainability. Some of them measure the construction impact, but fail to distinguish between the different types of concrete. Others can compare concretes but do not consider the entire life cycle. This document analyzes these tools and proposes a methodology to assess the sustainability of a structure. To achieve the objective, a state of art of current methodologies is done. Next, a concrete structure lifecycle is carried out detecting the main items to deal with on the subsequent analysis. Also, the description and evaluation of the main unconventional concrete properties lead us to a more accurate assessment. Afterwards, four examples are proposed, which include the use of blended cements, self-compacting, high strength and fiber reinforced concrete. Finally, we perform a statistical study about the most influential variables. The proposed methodology has a multi-objective approach which includes the unconventional concrete characteristics. In addition, this methodology makes it possible to analyze the structure life cycle, including durability. Furthermore, its efficiency to find more durable structures, with less environmental impact and economically possible has been proven. Finally, the annual cost and emission is assessed.

[ES] El diseño de estructuras de hormigón ha estado ligado a potenciar sus características resistentes, constructivas y económicas. Durante las últimas décadas ha habido un incremento en la producción científica relacionada con los hormigones no convencionales. Los hormigones de alta resistencia, autocompactables y reforzados con fibras son cada vez más empleados en el ámbito de la ingeniería civil y la arquitectura. Estos materiales tienen ciertas propiedades como son la alta resistencia, la facilidad de colocación y la durabilidad, que le confieren características adicionales al hormigón convencional. A pesar de ello, se ha detectado un vacío en el conocimiento de las métricas que permiten valorar su contribución a la sostenibilidad. Existen varias herramientas que permiten analizar la sostenibilidad de un proyecto estructural. Algunas de ellas son capaces de medir el impacto global de una construcción, pero no llegan a discernir entre los distintos tipos de hormigones. Otras permiten la comparación entre hormigones, pero no contemplan el ciclo de vida completo de la estructura. En este trabajo se valoran las distintas herramientas existentes y se propone una metodología que sirva para evaluar la sostenibilidad de una estructura. Para alcanzar dicho objetivo, se aborda en primer lugar un estado del arte de las metodologías existentes. Seguidamente, se lleva a cabo un estudio del ciclo de vida de una estructura de hormigón para detectar los principales puntos a tratar en el análisis posterior. Asimismo, la descripción y evaluación de las propiedades de los hormigones no convencionales nos conduce a una valoración más precisa. Una vez finalizado el estudio de la metodología se proponen cuatro casos prácticos que consideran el uso de cementos con adiciones, hormigones autocompactables, de alta resistencia y reforzados con fibras. Por último se realiza un estudio estadístico de las variables más influyentes. La metodología propuesta tiene un enfoque multiobjetivo que contempla las características de hormigones no convencionales. Además, permite analizar el ciclo de vida completo de la estructura, incluyendo su durabilidad. Se comprueba su eficacia para encontrar estructuras más durables, con menor impacto ambiental y económicamente viables. Finalmente se valora el coste y la emisión anual