El futuro de las inundaciones

Las mezclas de hormigón bajas en carbono que se están probando en un plan de mitigación de inundaciones en Northumberland podrían ser una solución medioambiental clave para proyectos futuros.

Las fuertes lluvias durante la tormenta Desmond en diciembre de 2015 hicieron que el río Tyne se desbordara al norte del centro de la ciudad de Hexham en Northumberland. Los polígonos industriales Bridge End y Tyne Mills, que están en lados opuestos del río, se inundaron y 90 propiedades, incluidas empresas, servicios locales y tres casas, se vieron afectadas. No había defensas contra inundaciones para protegerlos.

Se decidió que, dado que los polígonos industriales contribuyen de manera importante a la economía local, era esencial que se construyeran defensas contra inundaciones para protegerlos en el futuro. Esto dio lugar al Plan de mitigación de inundaciones de Hexham por valor de 6,5 millones de libras esterlinas, que acaba de completarse.

El legado podría ser mucho más amplio que la simple protección de Hexham, ya que la Agencia de Medio Ambiente trabajó con el contratista Bam Nuttall y el diseñador Arup para probar mezclas de concreto bajas en carbono para el plan.

Los clientes de proyectos de infraestructura considerarán este esquema al elegir sus mezclas de concreto para obras permanentes en el futuro, ya que la prueba implica probar mezclas en obras permanentes por primera vez.

Según el equipo del proyecto, estas mezclas de hormigón desarrolladas por Tarmac contienen sólo una pequeña proporción del equivalente de dióxido de carbono que se encuentra en el cemento Portland ordinario CEM 1.

Ninguno de los dos está cubierto actualmente por las normas británicas.

El modelo realizado por la Agencia de Medio Ambiente después de la inundación de 2015 mostró que el polígono industrial Tyne Mills en la orilla sur del Tyne tenía un 2% de posibilidades de sufrir inundaciones en un año determinado. El polígono industrial Bridge End en la orilla norte tenía un 1,33% de posibilidades de inundación.

El plan de mitigación de inundaciones implica la construcción de defensas contra inundaciones para reducir esa cifra al 1% para ambos polígonos industriales.

Como solución principal se identificaron muros de contención de hormigón armado con alturas que oscilaban entre 1 y 1,5 m. El diseño incluía un muro contra inundaciones de 195 m de largo para mejorar la protección contra inundaciones para el polígono industrial Tyne Mills y un muro contra inundaciones de 245 m de largo para el polígono industrial Bridge End.

Se construyeron muros de hormigón armado para proteger los dos polígonos industriales.

La ejecutiva del proyecto de la Agencia de Medio Ambiente, Vanessa Collins, dice que el diseño inicial incluía 100 m adicionales de muro contra inundaciones para proteger el polígono industrial Tyne Mills de un pequeño curso de agua llamado Skinnersburn. Cuando el nivel del agua del río Tyne aumenta, el agua regresa a Skinnersburn, que luego inunda la finca.

Ella explica que justo antes de finalizar el caso de negocio completo, se tomó la decisión de realinear los muros contra inundaciones y crear una estructura de control de inundaciones, eliminando la necesidad de este tramo adicional de muro contra inundaciones.

El director de diseño de Bam Nuttall, Kevin Bulman, describe la estructura de control de inundaciones como “esencialmente una alcantarilla con un muro de cabecera en cada extremo” con una trampilla de marea en el extremo aguas abajo de la alcantarilla.

La mejor solución fue que la Agencia de Medio Ambiente comprara ese terreno y derribara el edificio.

Y añade: “En un flujo normal, el agua que baja por Skinnersburn pasará a través de la marea. En una inundación, cuando el agua sube [desde el Tyne] hasta Skinnersburn, cerrará la trampilla de marea y el agua simplemente no podrá ir más arriba de este punto”.

Collins identifica la eliminación de esta sección del muro contra inundaciones como uno de los factores clave que contribuyeron a la reducción final del 49% en el carbono durante toda la vida útil del plan desde las primeras fases de diseño hasta 544 kg de CO2e.

La solución de protección contra inundaciones para el polígono industrial Bridge End implicó la construcción de un muro contra inundaciones de hormigón armado de 245 m y la elevación de un terraplén de 125 m hasta 400 mm.

Al principio del plan, se hizo evidente que el equipo de construcción habría enfrentado limitaciones de espacio en el extremo occidental de la orilla sur del río, donde se debían construir muros contra inundaciones. Las estructuras tuvieron que instalarse entre un revestimiento y el edificio “Reiver Sports” que albergaba una subestación de Northern Powergrid.

"Durante el estudio de viabilidad quedó claro que la mejor solución era que la Agencia de Medio Ambiente comprara ese terreno y demoliera el edificio, lo que hizo que la construcción del proyecto fuera más segura y fácil", dice Collins.

La subestación se reubicó en un edificio exclusivo aproximadamente a 30 m de su posición original dentro del mismo terreno.

Collins añade que es inusual que la Agencia de Medio Ambiente compre terrenos, ya que normalmente mantiene activos en propiedades de otros.

Todos los trabajos principales de construcción de muros de contención, diques y estructuras de control de inundaciones se completaron en la primavera de este año. El contrato de construcción principal se completó este verano, por lo que el foco de las obras en el sitio ahora se ha desplazado a la restauración del hábitat y el paisajismo.

Es posible que se haya completado la construcción del muro contra inundaciones, pero la Agencia de Medio Ambiente, Bam Nuttall, Arup y Tarmac todavía están realizando pruebas en una sección de 27 m de largo utilizada para la prueba de hormigón bajo en carbono.

Para esta prueba se concedió una financiación de £88 000 del fondo piloto de la vía de innovación neta con cero emisiones de carbono de la Agencia de Medio Ambiente y no formó parte de la financiación del proyecto general.

La financiación para el resto del proyecto provino de otras fuentes: 1,7 millones de libras esterlinas del gobierno como financiación para la recuperación económica después de la pandemia de Covid-19, 300.000 libras esterlinas del comité costero y de inundaciones regional de Northumberland más 200.000 libras esterlinas del consejo del condado de Northumberland. El resto fue subvención en forma de ayuda del gobierno.

Una de las nuevas mezclas Tarmac que se utilizan es el cemento Portland Limestone Ternary. Los elementos cementosos comprenden 35% de CEM I, que es 100% cemento Portland ordinario, 20% de relleno de piedra caliza y 45% de escoria granulada de alto horno molida (GGBS). El equivalente de dióxido de carbono de esta mezcla es de 119 kg/m3, un 64% menos que el estándar CEM I.

Dos nuevas mezclas de concreto bajas en carbono se prueban por primera vez en obras permanentes

La otra mezcla de concreto que se está probando utiliza un material cementoso activado con álcalis (AACM) que comprende 95 % de GGBS y 5 % de CEM I. Esta mezcla tiene 100 kg/m3 de CO2e, un 70 % menos que el concreto estándar CEM I.

Ambas mezclas han sido sometidas a pruebas de laboratorio, pero es la primera vez que se utilizan para obras permanentes. "Hicimos muchas pruebas y pruebas en la planta de procesamiento por lotes antes de entregar el producto al sitio", agrega Bulman.

Para probar las nuevas mezclas, se construyeron tres secciones de muro contra inundaciones de 9 m de largo: una usando AACM; uno que utiliza cemento ternario de piedra caliza Portland; y el otro utilizando la mezcla de concreto utilizada en el resto de las estructuras de concreto del proyecto que contiene 50% CEM I y 50% GGBS. Las mezclas se utilizaron para la base y la pared de estos elementos.

Todas estas secciones se encuentran en el sitio del antiguo edificio "Reiver Sports". Collins dice que la propiedad de esta parcela por parte de la Agencia de Medio Ambiente presentó una oportunidad para realizar la prueba con la necesidad de buscar permiso de otro propietario de activos.

Además, dice que la carga de inundación (presión sobre la superficie de la estructura causada por la presencia de agua de inundación) es relativamente baja en el sitio de Reiver Sports, lo que reduce el riesgo de usar nuevos productos.

Desde febrero, se han llevado a cabo una serie de pruebas de durabilidad a corto y largo plazo para evaluar el desempeño de las nuevas mezclas de concreto. Bam Nuttall trabajó con Arup en las especificaciones de prueba.

Se han llevado a cabo pruebas de las propiedades de las mezclas de hormigón bajas en carbono recién entregadas, como pruebas de asentamiento y pruebas de segregación. Bulman dice que las propiedades frescas fueron las solicitadas por el proveedor de hormigón.

Las tres mezclas de hormigón pertenecen a la clase de resistencia a la compresión C32/40. Se realizaron pruebas para analizar su resistencia a la compresión los días uno, tres, siete, 28 y 56 después del vertido del hormigón.

"Todos los resultados ya están disponibles y todos superan lo que necesitamos obtener de ambos productos", dice Bulman.

Añade que los resultados de resistencia a la tracción del dúo de mezclas de hormigón con bajo contenido de carbono también cumplieron con los requisitos.

Aún se están llevando a cabo pruebas para analizar la durabilidad a largo plazo de los nuevos materiales, incluidas pruebas de congelación, descongelación y contracción, y los resultados finales se esperan para agosto.

"La respuesta inicial que hemos recibido de las empresas de pruebas especializadas es que van por buen camino con los objetivos", dice Bulman.

“Una vez que tengamos los resultados, vamos a elaborar una nota técnica que incorporará todos los hallazgos del ensayo”, añade.

El director de innovación de la Agencia de Medio Ambiente, Andy Powell, enfatiza la importancia de compartir los resultados con la industria. Dice que algunos de los proyectos del organismo gubernamental se han beneficiado de los resultados de las pruebas realizadas por otros clientes de infraestructura como Alta Velocidad 2 y Carreteras Nacionales.

Señala el intercambio de información entre el equipo del proyecto de Hexham y National Highways para una de las mezclas bajas de concreto que se están probando, ya que el operador de la carretera la ha probado en un camino de acarreo temporal.

Ruth Young, directora del marco de la Agencia de Medio Ambiente Bam Nuttall, añade que compartir información sobre ensayos exitosos puede dar confianza a los clientes y proveedores a la hora de decidir si utilizar materiales con bajas emisiones de carbono.

Si la prueba de estas mezclas de hormigón con bajas emisiones de carbono resulta exitosa, Powell dice que la Agencia de Medio Ambiente las considerará para trabajos permanentes en otros proyectos.

La Agencia de Medio Ambiente también participa en los esfuerzos para incorporar mezclas de hormigón bajas en carbono a los estándares británicos. “Nosotros [la Agencia de Medio Ambiente] estamos trabajando en un programa de tres años en el que nos centraremos en una variedad de materiales con bajas emisiones de carbono. El hormigón es uno de ellos. Estamos buscando ver qué debemos hacer para que los proyectos sigan como de costumbre o al menos sean parte de la consideración cuando sean adecuados y cumplan con los requisitos de desempeño”, dice Powell.

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