Renovación de infraestructura urbana: nueva técnica sostenible para distribución uniforme

Numerosos países desarrollados enfrentaron el envejecimiento simultáneo de infraestructuras construidas durante períodos de rápido crecimiento económico. Japón alcanzó un punto crítico donde muchos edificios y estructuras construidas en la era del auge de la posguerra ahora requieren demolición y renovación. Este proceso se intensificó dramáticamente tras el Gran Terremoto del Este de Japón en 2011, que expuso vulnerabilidades en estructuras que no cumplían con los estándares modernos de prevención de desastres, lo que llevó a un aumento significativo de la actividad de demolición en áreas urbanas.

Cuando se demuelen estructuras, los pilotes de cimentación deben ser retirados y clasificados como residuos industriales. Sin embargo, los métodos convencionales de relleno producen consistentemente una distribución desigual del material a lo largo de la profundidad del pozo. Esta limitación técnica genera riesgos graves, incluyendo asentamientos del terreno, inclinación estructural de edificios adyacentes y desalineación de nuevas cimentaciones instaladas. Como resultado, el proceso crítico de relleno carece de rigor científico y mecanismos de control de calidad.

En un avance reciente, un equipo de investigadores liderado por el profesor Shinya Inazumi del Shibaura Institute of Technology, Japón, desarrolló un método novedoso que asegura un relleno uniforme a lo largo de toda la profundidad del pozo, abordando tanto las preocupaciones de seguridad inmediatas como la sostenibilidad a largo plazo de la infraestructura. Sus hallazgos innovadores fueron publicados en la revista Cleaner Engineering and Technology.

El método de mezcla circulante propuesto fue validado a través de pruebas de modelo, experimentos de campo y avanzadas simulaciones numéricas utilizando el método de partículas móviles semi-implícitas (MPS) dentro de un marco de ingeniería asistida por computadora (CAE). Estas pruebas demostraron una uniformidad excepcional con un coeficiente de variación de solo 0.036, aproximadamente diez veces mejor que los métodos convencionales de mejora del suelo que típicamente oscilan entre 0.3 y 0.5. Además, las pruebas de campo en pozos de 15 metros de profundidad confirmaron que todas las muestras superaron la resistencia objetivo de 1,500 kN/m² sin detección de zonas débiles estructuralmente inadecuadas.

"Lo más significativo es que nuestro enfoque permite a los ingenieros optimizar los parámetros del proceso y mejorar el control de calidad mediante simulaciones computacionales avanzadas MPS-CAE para predecir el comportamiento de mezcla antes de la construcción. Además, aborda las urgentes necesidades de renovación de infraestructura de Japón mientras promueve la sostenibilidad al prevenir la degradación del suelo, reducir los residuos de construcción y minimizar la huella de carbono de los proyectos urbanos", afirmó el Prof. Inazumi.

Los hallazgos revelan que este método es especialmente valioso al construir edificios de gran altura en sitios con cimentaciones de pilotes existentes, donde los pozos mal rellenados podrían comprometer la estabilidad de nuevas estructuras valoradas en millones de dólares. Notablemente, el método propuesto previene asentamientos del terreno y tilting estructural que podrían llevar a fallas catastróficas durante eventos sísmicos, abordando preocupaciones críticas de seguridad en regiones propensas a terremotos.

"Nuestro estudio establece un nuevo estándar para la ingeniería geotécnica en la reurbanización urbana con aplicaciones potenciales a nivel mundial, particularmente en ciudades que enfrentan desafíos de infraestructura envejecida. En áreas metropolitanas densamente pobladas como Tokio, Nueva York o Londres, donde numerosos edificios construidos durante los períodos de auge económico de posguerra ahora requieren demolición y reconstrucción, esta tecnología asegura una preparación del sitio segura y eficiente", concluyó el Prof. Inazumi.

La amalgama de técnicas de ingeniería con simulación numérica en el método propuesto permite a la industria pasar de una evaluación de calidad reactiva a una optimización proactiva del proceso, mejorando la eficiencia, seguridad, durabilidad y sostenibilidad de los proyectos de reurbanización urbana, especialmente en regiones propensas a desastres.

El cambio de paradigma en la práctica de la ingeniería geotécnica puede ayudar a las consultorías de ingeniería y a las empresas de construcción a asegurar a sus clientes la calidad de la construcción a través de análisis numéricos previos a la construcción, mejorando la transparencia y la responsabilidad en los proyectos de infraestructura urbana.

"Nuestro método innovador apoya el desarrollo urbano sostenible al minimizar los residuos de construcción y reducir la huella de carbono asociada con el transporte y la eliminación de materiales. Además, ofrece un camino hacia un mejor rendimiento geotécnico en el desarrollo de infraestructura urbana, contribuyendo a la resiliencia ante desastres y protegiendo vidas e inversiones en propiedades", concluyó el Prof. Inazumi.