Avances tecnológicos

Las tablestacas de acero se utilizan en los puertos para la ejecución de muros de muelle desde hace casi 100 años. Sustituyeron a los pilotes de madera debido a la falta de suministro de madera a finales del siglo XIX.

Desde entonces, numerosos muros de muelle, embarcaderos y rompeolas en todo el mundo se han construido con tablestacas de acero. La evolución de las formas de los perfiles combinada con la mejora de las calidades del acero permitió diseñar estructuras marítimas cada vez más profundas en respuesta al aumento del tamaño de los buques.

La investigación y el desarrollo contribuyeron a reducir el impacto medioambiental del acero de varias maneras. En primer lugar, reduciendo la cantidad de acero necesaria para construir estructuras equivalentes y, en segundo lugar, desarrollando nuevas vías de producción que reciclan el acero.

La durabilidad es un importante criterio de sostenibilidad y uno de los principales retos de las estructuras marítimas. Tanto el acero como el hormigón armado se ven afectados por este entorno agresivo. La industria de la construcción busca nuevas soluciones innovadoras para aumentar la vida útil y reducir los costes de mantenimiento durante todo el ciclo de vida.

El segundo aspecto de la sostenibilidad es el medio ambiente. Las consideraciones económicas siempre serán un parámetro clave en la elección de la solución técnica, pero el mundo está cambiando y, en los últimos años, los aspectos medioambientales están cobrando cada vez más importancia en el complejo proceso de toma de decisiones.

El inexorable avance de las técnicas de laminación, junto con el desarrollo de técnicas de hinca más eficientes, han empujado a los fabricantes de tablestacas de acero a mejorar la eficacia de sus productos, con el objetivo de superar a sus competidores. Por ejemplo, la reducción de peso entre las distintas generaciones de secciones de tablestacas tipo Z con el mismo módulo de sección es significativa: la nueva AZ®-800, lanzada en 2015, es más de un 25 % más ligera que una sección BZ equivalente de la década de 1950.

Del mismo modo, el sistema de muros de acero de alto módulo de sección HZ®-M se lanzó en 2008 y con un 10% menos peso en comparación con el antiguo sistema HZ de la década de 1970. Su resistencia máxima (módulo de sección máximo) se ha más que duplicado.

Además, teniendo en cuenta el aumento de hasta un 30% en el límite elástico de las calidades de acero actuales, ¡la masa de acero necesaria para construir exactamente la misma estructura de tablestacas se ha reducido en las últimas décadas en más de un 50%!

Soluciones sostenibles de acero para infraestructuras portuarias

Las ventajas que aportan las soluciones de tablestacas de acero a las infraestructuras portuarias sostenibles aumentan constantemente con la evolución de las calidades de acero, la reducción del peso, la protección contra la corrosión, la reciclabilidad y la reducción del impacto ambiental.

 

Publicado: 30 noviembre 2023

Protección contra la corrosión

La corrosión es uno de los parámetros clave para la optimización de una estructura de acero en un entorno marino. Es bastante difícil estimar la reducción del espesor de un elemento de acero en agua de mar porque son muchos los parámetros que influyen en el fenómeno de la corrosión. Estos parámetros también pueden variar durante la vida útil de la estructura. Para mejorar la durabilidad, en los últimos años han surgido nuevas calidades de acero específicas para aplicaciones marinas. Basándose en más de 15 años de exposición de muestras de acero en agua de mar en un puerto del Reino Unido, los índices de corrosión medidos de la calidad de acero AMLoCor® en la zona de baja mar y en la zona de inmersión permanente son hasta 5 veces menores que los del acero al carbono estándar.

AMLoCor ha obtenido un acuerdo técnico nacional alemán, de modo que aunque contenga más aleaciones que un acero estándar utilizado en la construcción, puede diseñarse de acuerdo con las normas internacionales de diseño para el acero. Por ejemplo, en 2016 se instalaron aproximadamente 4000 toneladas de tablestacas de acero en AMLoCor en la nueva Unitterminal del puerto de Koege, Dinamarca.

La reducción de las tasas de corrosión puede dar lugar a secciones de tablestacas más ligeras, y puede evitar la necesidad de recubrimientos. Se trata de la típica situación beneficiosa para el medio ambiente.

Contribuir a la economía circular

Por último, una expresión de moda hoy en día es la economía circular, que engloba la reutilización de productos y materiales, reduciendo así el despilfarro de recursos naturales. Las tablestacas de acero han sido precursoras porque pueden reutilizarse varias veces para excavaciones temporales antes de ser recicladas, y a veces incluso se reutilizan en estructuras permanentes. Hemos visto tablestacas de acero que se han utilizado hasta 10 veces. El alquiler de tablestacas de acero contribuye también a la economía circular (reutilización).

La sostenibilidad es un objetivo clave para las nuevas infraestructuras portuarias del futuro. Será un reto, sin duda, y las soluciones innovadoras de acero pueden contribuir a la consecución de este objetivo crucial.

Reciclabilidad, EPDs y LCA

El acero es duradero y resistente, pero tiene otra propiedad excepcional: puede reciclarse una y otra vez. El reciclaje preserva los recursos naturales y, por tanto, contribuye a un mundo más sostenible. El acero es un material respetuoso con el medio ambiente, y el 100% del acero de cualquier estructura puede recuperarse y reciclarse.

El reto en la construcción portuaria es que las estructuras antiguas no siempre se desmantelan, pero dentro de unas décadas, recuperar los distintos materiales de construcción para su posterior procesamiento, preferiblemente el reciclaje, será un pensamiento natural para todo propietario de un proyecto. El sector de la construcción ya tiene en cuenta criterios medioambientales, por ejemplo en la certificación de edificios "verdes" (etiquetas como LEED, BREEAM, etc.). Cabe destacar que algunas administraciones europeas ya aplican criterios sostenibles en sus licitaciones de obra pública, basándose en la "Directiva 2014/24/UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 26 de febrero de 2014, sobre contratación pública". Uno de los métodos consiste en monetizar los distintos criterios sostenibles, por ejemplo otorgando créditos basados en un Análisis de Ciclo de Vida - LCA (los materiales respetuosos con el medio ambiente obtienen más créditos).

La dificultad para comparar soluciones alternativas desde el punto de vista medioambiental es la falta de información fiable sobre los impactos ambientales de cada material. Los efectos de la instalación, su fase de uso y después de su vida útil -el reciclaje- no son fáciles de calcular. Los principales factores que contribuyen al impacto ambiental de una estructura deben analizarse mediante un Análisis del Ciclo de Vida (LCA en sus siglas en inglés) según las normas ISO, teniendo en cuenta todas las fases de la estructura, incluido el reciclado del material.

Una Declaración Ambiental de Producto (Environmental Product Declaration - EPD) para un producto específico (uso específico) simplifica estas comparaciones. Consiste en un LCA que utiliza los datos facilitados por una o varias fábricas de producción (acerías y trenes de laminación) para productos específicos. Las hipótesis sobre las tasas de reutilización y reciclado dependen de la utilización de los productos. Las tablestacas de acero pueden reutilizarse varias veces, para aplicaciones temporales, pero la mayoría de ellas se utilizan en estructuras permanentes durante una vida útil que oscila entre 30 y 100 años. Algunos módulos, como la producción ‘de la cuna a la puerta’ (cradle-to-gate: módulos A1 a A3 de la norma EN 15804) son obligatorios. Otros se dejan a la elección del fabricante.

ArcelorMittal lidera el camino al ser el primer fabricante de tablestacas de acero que ha publicado una EPD revisada por expertos de acuerdo con las últimas normas ISO y EN para productos de acero en 2016, y una EPD más específica para EcoSheetPiles™, que son tablestacas fabricadas exclusivamente a partir de chatarra a través de una ruta de horno de arco eléctrico, en junio de 2018.

El siguiente paso en la industria debería ser el desarrollo de herramientas y calculadoras más fáciles de usar para realizar la comparación de LCAs con diferentes materiales. Es importante mencionar que los LCA deben comparar alternativas para la misma unidad funcional.

Los LCA realizados por ArcelorMittal en el pasado han demostrado que, para un par de configuraciones de muros de muelle, el acero tiene una huella ambiental menor que los materiales alternativos, siempre que los elementos de acero se recuperen y reciclen tras la vida útil de la estructura.

A modo de ejemplo, el siguiente gráfico muestra un LCA simplificado para el parámetro "Potencial de calentamiento global" (CO2) utilizando supuestos realistas para un proyecto en Dinamarca en el que 2.235 t de tablestacas fabricadas en Belval (Luxemburgo) se transportaron por ferrocarril a Amberes (Bélgica) (unos 328 km) y después por barco a Kalundborg (Dinamarca) (unos 1.285 km).
Puede haber grandes diferencias entre las EPDs y las hipótesis realizadas en un LCA para un proyecto concreto. Evidentemente, el transporte tiene un impacto muy pequeño en la huella de carbono global de la solución. La instalación, el mantenimiento y el desmontaje también pueden despreciarse la mayoría de las veces (no están representados en el gráfico). El siguiente gráfico se basa en una tasa de reciclado del 99% del acero y ninguna reutilización.

El parámetro clave es, sin duda, la tasa de reutilización y reciclado. La vía del horno de arco eléctrico reduce significativamente el impacto medioambiental de una solución de tablestacas. El módulo D tiene en cuenta la influencia de la reutilización y el reciclado del acero, pero como no es obligatorio declararlo, algunas autoridades no lo tienen en cuenta en el LCA. En nuestra opinión, el módulo D debería tenerse siempre en cuenta, circunstancia que ya contempla la norma EN 15804-A2 del 2019.


Texto:
João Martins, ArcelorMittal Sheet Piling (VII Congreso Nacional de la Asociación Técnica de Puertos y Costas, 2019)
Constructalia (introducción, subtítulos)

Imágenes:
© ArcelorMittal Sheet Piling