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Optimizaci贸n de estructuras de hormig贸n mediante Simulated Annealing

Logo OptimizacionA continuaci贸n os dejo un cap铆tulo de un libro de Simulated Annealing, escrito en abierto para su libre difusi贸n, donde explicamos varias aplicaciones del algoritmo de Cristalizaci贸n Simulada aplicada a estructuras de hormig贸n armado. En particular: muros m茅nsula, p贸rticos de carreteras, marcos de carreteras y p贸rticos de edificaci贸n. Su referencia es:

GONZ脕LEZ-VIDOSA-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCAL脕, J.; CARRERA, M.; PEREA, C.; PAY脕-ZAFORTEZA, I. (2008) Optimization of Reinforced Concrete Structures by Simulated Annealing. TAN, C.M. (ed): Simulated Annealing. I-Tech Education and Publishing, Vienna, pp. 307-320. (link)

10 noviembre, 2017
 
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El concepto de puente

Puente Ingeniero Carlos Fern谩ndez Casado, en embalse de Barrios de Luna (Le贸n)

Puente Ingeniero Carlos Fern谩ndez Casado, en embalse de Barrios de Luna (Le贸n). Imagen: 漏 V. Yepes

Los puentes pueden considerarse como una de las construcciones cuyos or铆genes se pierden en los albores del tiempo. Son las obras civiles por excelencia. Sin embargo, son mucho m谩s que simples construcciones, en palabras de Juan Jos茅 Arenas, 鈥un puente ha sido, y es, sin g茅nero de dudas, un elemento indispensable para el desarrollo de la civilizaci贸n y de la cultura鈥.

Los puentes a lo largo de la historia han identificado paisajes y se han erigido en articuladores del espacio. Javier Manterola聽 recuerda que 鈥el puente es un elemento del camino鈥, por tanto, no puede entenderse sin 茅l, pero tampoco sin el obst谩culo. Es el paradigma del esfuerzo de la raz贸n en su pretensi贸n de superar todo tipo de dificultad y contratiempo. Para Miguel Aguil贸los puentes 鈥 expresan la superaci贸n de un obst谩culo, de una incomunicaci贸n, de una situaci贸n comprometida鈥. Es el af谩n sempiterno por vencer los l铆mites que amordazan la voluntad humana.

El puente es la met谩fora perfecta de la uni贸n entre las partes, de la comunicaci贸n, del intercambio y del progreso. Tambi茅n significa el paso o tr谩nsito hacia el otro lado, hacia lo desconocido, con toda la carga de magia y misterio que lo rodea. Es la victoria de la raz贸n sobre las fuerzas de la Naturaleza, aunque para otros es fruto de la intervenci贸n del maligno. Fern谩ndez-Troyano聽 nos recuerda que la magia consiste en 鈥sostener el camino en el aire鈥, dej谩ndolo flotar contra todo pron贸stico, sorteando el orden establecido.

Es un s铆mbolo de poder para quien lo controla y un paso hacia la inmortalidad para quien lo construye. Para otros es propaganda, una 鈥済olosina visual鈥, una marca o un reclamo tur铆stico. Sin embargo, para los ingenieros, un puente puede ser la m谩s bella obra que la raz贸n ha regalado a los humanos. Aprender a ver un puente, por tanto, va m谩s all谩 de la simple contemplaci贸n; consiste en descubrir su verdad interna, aquello que el autor ha querido expresar y que, en esencia, es la posibilidad de crear una estructura s贸lida, bella y funcional, como dir铆a Vitruvio.

Puente della Trinit谩en Florencia.聽 Imagen: 漏 V. Yepes

Para Jos茅 Antonio Fern谩ndez-Ordo帽ez el paradigma vitruviano queda limitado en nuestra b煤squeda de entender el lenguaje del puente, incluso si se a帽aden las componentes constructivas y econ贸micas. En efecto, tal y como nos refiere 茅l mismo, le 鈥interesan especialmente otros tres aspectos menos tratados, pero no menos importantes, como son el est茅tico, el hist贸rico y el de integraci贸n con su entorno, es decir la naturaleza鈥.

Un puente es una obra de arte que, m谩s all谩 de su arquitectura, presenta una dial茅ctica tensional que, bien entendida e interpretada, permite escucharla como una composici贸n musical, con todos sus matices, timbres y tonos. Sin embargo, como cualquier obra de arte, es imposible descifrarla fuera de contexto, sin su entorno, sin la sociedad que la cre贸. Un puente crea, por tanto, otra dial茅ctica, la visual con el paisaje, creando o destruyendo el lugar, lo cual implica que el puente debe ser algo singular, creado 鈥ad hoc鈥, que no sirve para cualquier sitio o circunstancia, y que debe ser fruto de la sociedad que lo ha visto nacer. Santiago Hern谩ndez (2009:11) expresa claramente esta idea cuando habla del 鈥渁lma de los puentes鈥, es decir, 鈥渄e la capacidad de provocar sentimientos en quienes los han construido y en aquellos que, cuando los contemplan, pueden ver a todos quienes han hecho posible que su obra sirva a miles de personas durante siglos. El puente es m谩s que un libro, m谩s que una pel铆cula, m谩s que un relato, m谩s que una herramienta鈥 el puente nos permite vivir una 鈥榚xperiencia鈥 que nos une a su origen, su pasado, su presente y su futuro鈥.

El protagonista, por tanto, es ese lenguaje dial茅ctico, interno del puente y externo con el contexto y el paisaje. Cuando el propio puente, su autor o su promotor prevalecen deliberadamente sobre este lenguaje, el puente pierde gran parte de su valor, prostituyendo su esencia. A este respecto, Miguel Aguil贸聽 ya nos previene de estos peligros: 鈥鈥 lo puramente funcional va siempre acompa帽ado de intenciones simb贸licas, de emulaci贸n, de prestigio o de ostentaci贸n, y son precisamente estas finalidades no expl铆citas en la funci贸n las que fomentan o impulsan la desproporci贸n鈥. Es quiz谩s en este contexto cuando ciertas reflexiones de Florentino Regalado pueden adquirir mayor brillo: 鈥una reflexi贸n meticulosa, la reflexi贸n y el sentido com煤n, y unas ciertas dosis de humidad, se echan a faltar en lo que se proyecta y construye鈥.

Quiz谩 Steinman y Watson fueron capaces de sintetizar lo que el puente significa para aquellos que los amamos profundamente, 鈥porque un puente es algo m谩s que una cosa de acero y piedra: es la concreci贸n del esfuerzo de cabezas, corazones y manos humanas. Un puente es m谩s que una suma de deformaciones y tensiones: es una expresi贸n del impulso de los hombres -un desaf铆o y una oportunidad de crear belleza-. Un puente es el s铆mbolo del heroico esfuerzo de la humanidad hacia el dominio de las fuerzas de la naturaleza. Un puente es un monumento a la tenaz voluntad de conquista del g茅nero humano鈥.

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Dise帽o 贸ptimo sostenible de muros de contrafuertes

Nos acaban de publicar en la revista de Elsevier del primer decil, Journal of Cleaner Production, un art铆culo donde se estudia el dise帽o de los muros de contrafuertes optimizados para reducir sus emisiones de CO2. Este art铆culo forma parte de nuestra l铆nea de investigaci贸n BRIDLIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no s贸lo a su coste, sino al impacto ambiental que generan a lo largo de su ciclo de vida. El art铆culo lo pod茅is descargar GRATUITAMENTE hasta el 27 de agosto de 2017 en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/a/1VLOP3QCo9NDzg

Abstract:

This paper shows the differences between the design of a reinforced concrete structure considering two objectives to minimize; economic cost and CO2 emissions. Both objectives depend on the amount of two high carbon intensive materials: cement in the concrete and steel; therefore, these objectives are related. As the balance between steel and cement per m3 of concrete depends on several factors such as the type of structure, this study focuses on buttressed earth-retaining walls. Another factor that determines the balance between steel and concrete is the height of the wall. Thus, the methodology considers a parametric study for optimal designs of buttressed earth-retaining walls, where one of the parameters is the wall height. One of the objectives is to show the variation in cost when CO2 is minimized, respectful of minimizing the economic cost. The findings show that wall elements under bending-compressive strains (i.e. the stem of the buttressed retaining wall) perform differently depending on the target function. On one hand, the study reveals an upward trend of steel per unit volume of concrete in emission-optimized earth-retaining buttressed walls, compared to the cost-optimized. On the other hand, it is checked that unlike the cost-optimized walls, emission-optimized walls opt for a higher concrete class than the minimum class available. These findings indicate that emission-optimized walls penalize not only concrete volume, but also the cement content, to the extent that a higher concrete class outperforms in reduced emissions. Additionally, the paper outlines how and to what extent the design of this typology varies for the two analyzed objectives in terms of geometry and amount of materials. Some relevant differences influencing the geometry of design strategies are found.

Keywords:

Cargon emission; CO2; earth-retaining wall; reinforced concrete; Harmony search; Threshold accepting

Reference:

MOLINA-MORENO, F.; MART脥, J.V.; YEPES, V. (2017).聽Carbon embodied optimization for buttressed earth-retaining walls: implications for low-carbon conceptual designs.Journal of Cleaner Production, 164:872-884.

10 julio, 2017
 
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驴Qu茅 hacer antes de empezar a construir una estructura de hormig贸n?

La Instrucci贸n de Hormig贸n Estructural EHE-08 indica claramente la necesidad de planificar y prevenir aspectos relacionados con los procedimientos constructivos, con la seguridad, con los impactos ambientales, con la trazabilidad de los materiales, entre otros. Se trata de evitar imprevistos durante la ejecuci贸n de las estructuras de hormig贸n. Hay que tener presente que el propio procedimiento constructivo (descimbrado, pretensado, etc.) pueden inducir acciones que pueden superar incluso las solicitaciones que tendr谩 la estructura durante su vida de servicio. Os dejo un objeto de aprendizaje聽donde explicamos brevemente este tipo de cuestiones. Espero que os sea de inter茅s.

 

Resultados parciales del proyecto BRIDLIFE

ph_vigas-artesaEl objetivo del proyecto BRIDLIFE consiste en desarrollar una metodolog铆a que permita incorporar un an谩lisis del ciclo de vida de vida de puentes de hormig贸n pretensado definiendo un proceso de toma de decisiones que integre los aspectos sociales y medioambientales mediante t茅cnicas anal铆ticas de toma de decisiones multicriterio. Los resultados esperados pretenden detallar qu茅 tipolog铆as, actuaciones de conservaci贸n y alternativas de demolici贸n y reutilizaci贸n son adecuadas para minimizar los impactos, dentro de una pol铆tica de fuerte limitaci贸n presupuestaria que compromete seriamente las pol铆ticas de creaci贸n y conservaci贸n de las infraestructuras.

Este es un proyecto competitivo financiado por el Ministerio Espa帽ol de Econom铆a y Competitividad y fondos FEDER (proyecto de investigaci贸n BIA2014-56574-R), cuya duraci贸n abarca los a帽os 2015-2017. En este momento, superado el ecuador del proyecto, podemos dar cuenta de algunos de los resultados ya publicados en revistas de impacto que espero os sean de inter茅s.

Como antecedentes necesarios se indican algunos trabajos previos, fruto del proyecto HORSOST, precedente al actual. La optimizaci贸n de un puente de vigas artesa se abord贸 con algoritmos h铆bridos basados en el recocido simulado [1] y algoritmos mem茅ticos [2]; se utilizaron algoritmos de enjambres de luci茅rnagas para optimizar el coste y las emisiones de CO2 de vigas en I, incorporando la carbonataci贸n en el ciclo de vida [3]; asimismo se evalu贸 el ciclo de vida de hormigones con distintas adiciones incluyendo la carbonataci贸n y la durabilidad [4].

Las primeras aportaciones realizadas en el a帽o 2015, ya dentro del proyecto, fueron la optimizaci贸n de estribos abiertos mediante algoritmos h铆bridos de escalada estoc谩stica [5]; la optimizaci贸n del coste de puentes en vigas artesa con hormig贸n con fibras [6] y la optimizaci贸n de las emisiones de CO2 de pasarelas de hormig贸n pretensado y secci贸n en caj贸n [7]. Destaca tambi茅n el trabajo desarrollado, bas谩ndose en una aproximaci贸n cognitiva, de una metodolog铆a que permite la toma de decisiones tras la aplicaci贸n de t茅cnicas de optimizaci贸n multiobjetivo [8].

En el a帽o 2016 se empezaron a realizar aportaciones realizadas, fundamentalmente con la evaluaci贸n de los impactos sociales de las infraestructuras a lo largo del ciclo su ciclo de vida [9,10]. Se avanz贸 con la optimizaci贸n de la energ铆a embebida en puentes de vigas artesa [11] y en la optimizaci贸n multiobjetivo del coste, las emisiones de CO2 y la seguridad a lo largo del ciclo de vida de puentes caj贸n [12]. Se han comparado puentes losa postesados y puentes prefabricados 贸ptimos [13]. Otra aportaci贸n de inter茅s se realiz贸 con la colaboraci贸n del profesor Dan M. Frangopol, que realiz贸 una estancia en nuestro grupo de investigaci贸n. Se compar贸 el coste del ciclo de vida de puentes caj贸n usando una aproximaci贸n basada en la fiabilidad [14].

Durante el a帽o 2017, 煤ltimo del proyecto, existen trabajos ya publicados y otros en proceso de revisi贸n. Se describen brevemente los ya publicados. Se aplic贸 el an谩lisis de ciclo de vida completo atendiendo a todo tipo de impactos ambientales a muros de contrafuertes [15], introduciendo una metodolog铆a que se est谩 aplicando a estructuras m谩s complejas como los puentes. Se a introducido un metamodelo basado en redes neuronales para mejorar el rendimiento en el proceso de optimizaci贸n multiobjetivo de puentes en caj贸n [16]. Tambi茅n se optimizaron las emisiones de CO2 en puentes de vigas artesa realizados con hormigones con fibras [17].

Aparte de estas aportaciones, directamente relacionadas con el proyecto BRIDLIFE, durante este periodo de tiempo destacan dos trabajos similares aplicados a la optimizaci贸n del mantenimiento de pavimentos de carreteras desde los puntos de vista econ贸micos y medioambientales [18,19].

Cabe destacar, por 煤ltimo, que durante los a帽os 2015-2016 se han le铆do cinco tesis doctorales relacionadas, de forma directa o indirecta, con los objetivos desarrollados por el presente proyecto de investigaci贸n [20-24], existiendo otras cinco en estado avanzado de desarrollo.

Referencias:

[1] J.V. Mart铆, F. Gonz谩lez-Vidosa, F.; V. Yepes, J. Alcal谩, Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing, Engineering Structures. 48 (2013) 342-352.

[2] J.V. Mart铆, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, A. Luz, Dise帽o autom谩tico de tableros 贸ptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos mem茅ticos h铆bridos, Revista Internacional de M茅todos Num茅ricos para C谩lculo y Dise帽o en Ingenier铆a. 30(3) (2014) 145-154.

[3] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J.V. Mart铆, J. Alcal谩, Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm, Latin American Journal of Solids and Structures. 11(7) (2014) 1190-1205.

[4] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J.V. Mart铆, J. Alcal谩, Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability, International Journal of Life Cycle Assessment. 19(1) (2014) 3-12.

[5] A. Luz, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, J.V. Mart铆, Dise帽o de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimizaci贸n h铆brida de escalada estoc谩stica, Informes de la Construcci贸n. 67(540) (2015) e114.

[6] J.V. Mart铆, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement, Journal of Structural Engineering ASCE. 141(2) (2015) 04014114.

[7] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, E. P茅rez-L贸pez, Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges, Engineering Structures. 92 (2015) 112-122.

[8] V. Yepes, T. Garc铆a-Segura, J.M. Moreno-Jim茅nez, A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems, Archives of Civil and Mechanical Engineering. 15(4) (2015) 1024-1036.

[9] E. Pellicer, L.A. Sierra, V. Yepes, Appraisal of infrastructure sustainability by graduate students using an active-learning method, Journal of Cleaner Production. 113 (2016) 884-896.

[10] L.A. Sierra, E. Pellicer, V. Yepes, Social sustainability in the life cycle of Chilean public infrastructure, Journal of Construction Engineering and Management ASCE. 142(1) (2016) 05015020.

[11] J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura, V. Yepes. Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy, Journal of Cleaner Production. 120 (2016) 231-240.

[12] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety, Engineering Structures. 125 (2016) 325-336.

[13] J.V. Mart铆, J. Alcal谩, T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, Heuristic design of precast-prestressed concrete U-beam and post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridges, International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials (HPSM/OPTI 216) (2016), 10 pp.

[14] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, D.M. Frangopol, D.Y. Yang, Comparing the life-cycle cost of optimal bridge designs using a lifetime reliability-based approach, Fifth International Symposium on Life -Cycle Civil Engineering (IALCCE 2016). (2016) 1146-1153.

[15] P. Zastrow, F. Molina-Moreno, T. Garc铆a-Segura, J.V. Mart铆, V. Yepes. Life cycle assessment of cost-optimized buttress earth-retaining walls: a parametric study, Journal of Cleaner Production. 140 (2017) 1037-1048.

[16] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, Computer-support tool to optimize bridges automatically, International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements. 5(2) (2017) 171-178.

[17] V. Yepes, J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura, Design optimization of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement by a hybrid evolutionary algorithm, International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements. 5(2) (2017) 179-189.

[18] C. Torres-Machi, A. Chamorro, E. Pellicer, V. Yepes, C. Videla, Sustainable pavement management: Integrating economic, technical, and environmental aspects in decision making, Transportation Research Record. 2523 (2015) 56-63.

[19] V Yepes, C. Torres-Mach铆, A. Chamorro, E. Pellicer, Optimal pavement maintenance programs based on a hybrid greedy randomized adaptive search procedure algorithm, Journal of Civil Engineering and Management. 22(4) (2016) 540-550.

[20] C. Torres-Mach铆, Optimizaci贸n heur铆stica multiobjetivo para la gesti贸n de activos de infraestructuras de transporte terrestre, Tesis doctoral, Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia y Pontificia Universidad Cat贸lica de Chile, 2015.

[21] A.M. Rodriguez-Calderita, Optimizaci贸n heur铆stica de forjados de losa postesa, Tesis doctoral, Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 2015.

[22] A.J. Luz, Dise帽o 贸ptimo de estribos abiertos de hormig贸n armado en puentes de carretera mediante optimizaci贸n heur铆stica, Tesis doctoral, Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 2016.

[23] F. Navarro-Ferrer, Modelos predictivos de las caracter铆sticas prestacionales de hormigones fabricados en condiciones industriales, Tesis doctoral, Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 2016.

[24] T. Garc铆a-Segura, Efficient design of post-tensioned concrete box-girder road bridges based on sustainable multi-objective criteria, Tesis doctoral, Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 2016.

26 noviembre, 2016
 
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Aplicaci贸n de m茅todos matem谩ticos en la estimaci贸n de la vida 煤til de los puentes

Fases de iniciaci贸n y propagaci贸n de la corrosi贸n (Tuutti, 1982)

Fases de iniciaci贸n y propagaci贸n de la corrosi贸n (Tuutti, 1982)

Cualquier tipo de infraestructura, ya sea una carretera o un puente, presenta un proceso de deterioro a lo largo de su vida 煤til debido al paso del tiempo y tambi茅n al resultado de acciones y solicitaciones externas. Otros factores que pueden determinar la duraci贸n de esta vida 煤til pueden ser los errores o defectos ocurridos en fase de proyecto o bien durante el proceso de construcci贸n. El tiempo, portanto, influye directamente en la mayor parte de las variables que intervienen en los procesos de deterioro, tanto en los f铆sicos (acciones, caracter铆sticas resistentes, interacci贸n con el terreno, etc.) como en los qu铆micos (corrosi贸n, carbonataci贸n, cloruros, sulfatos, etc.). El an谩lisis de la vida 煤til de un puente es, por tanto, un proceso complejo que requiere identificar las variables que afectan a la durabilidad y su distribuci贸n temporal. El deterioro es un proceso inherente a las estructuras, y por tanto, inevitable, aunque los sistemas de gesti贸n tratan de cuantificarlo y controlarlo mediante estrategias de mantenimiento. Sus efectos pueden ser devastadores, reduciendo dr谩sticamente聽sus aspectos funcionales, portantes, confort y seguridad.

Para profundizar en este tema, os dejo un v铆deo producido por el Instituto Eduardo Torroja donde Faviano Tavares explica la aplicaci贸n de los m茅todos matem谩ticos en la estimaci贸n de la vida 煤til de las estructuras. Espero que os sea de inter茅s.

28 octubre, 2016
 
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Prueba de carga en puentes

Prueba de carga del puente Pr铆ncipe de Viana (L茅rida), de Javier Manterola

Prueba de carga del puente Pr铆ncipe de Viana (L茅rida), de Javier Manterola

Las pruebas de carga en los puentes tratan de comprobar que el proyecto y su ejecuci贸n se ha realizado de forma adecuada. Para ello se eval煤a el comportamiento estructural comparando la respuesta real a la esperada seg煤n el modelo de c谩lculo empleado para su dise帽o y comprobaci贸n. Tambi茅n se realizan pruebas en el caso de puentes de servicio. En este 煤ltimo caso se trata de ampliar el conocimiento del estado de la estructura mediante la evaluaci贸n de su comportamiento estructural, bien peri贸dicamente o como consecuencia de inspecciones que as铆 lo aconsejen. Para ello, se obtendr谩n los desplazamientos y deformaciones en determinados elementos relevantes de la misma, bajo la acci贸n de las cargas de prueba, compar谩ndolas con las obtenidas en pruebas anteriores.

Os paso a continuaci贸n algunos v铆deos sobre este tema. En el primero vemos un reportaje sobre la prueba de carga del viaducto del embalse de Contreras, en la L铆nea Ferroviaria de Alta Velocidad Madrid-Levante. Se colocaron sobre el tablero 54 camiones de 38 toneladas; en total, m谩s de 2.000 toneladas.

(m谩s…)

6 octubre, 2016
 
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La optimizaci贸n de estructuras

驴Cu谩ndo empieza realmente la optimizaci贸n de las estructuras? Dif铆cil pregunta a resolver. Si bien los aspectos b谩sicos relacionados con la聽optimizaci贸n matem谩tica聽se establecieron en los siglos XVIII y XIX con los trabajos de Lagrange o Euler, hay que esperar hasta los a帽os 40 del siglo XX para que聽Kantorovich聽y聽Dantzing聽desarrollaran definitivamente los principios de la programaci贸n matem谩tica. 聽Es a partir de la revoluci贸n inform谩tica de los a帽os 70 cuando estas herramientas empiezan a ser empleadas habitualmente en numerosas aplicaciones en las ciencias, las ingenier铆as y los negocios. Sin embargo, el progreso de t茅cnicas de optimizaci贸n que no requieran derivadas y que se generen a trav茅s de reglas heur铆sticas, ha supuesto una aut茅ntica revoluci贸n en el campo de la optimizaci贸n de los problemas reales. En efecto, los m茅todos aproximados pueden utilizarse all铆 donde el elevado n煤mero de variables en juego impiden la resoluci贸n en un tiempo de c谩lculo razonable de los problemas mediante la programaci贸n matem谩tica. A estos algoritmos de optimizaci贸n aproximada, cuando su uso no est谩 restringido a un solo tipo de problemas, la comunidad cient铆fica en el 谩mbito de la聽inteligencia artificial聽y la聽investigaci贸n operativa聽les ha dado el nombre de聽metaheur铆sticas. Este grupo incluye una amplia variedad de procedimientos inspirados en algunos fen贸menos naturales, tales como los聽algoritmos gen茅ticos, el聽recocido simulado聽o la聽optimizaci贸n por colonias de hormigas聽. Liao et al. [1] presentan una revisi贸n de la aplicaci贸n de los m茅todos heur铆sticos en el campo de la gesti贸n del proyecto y de la construcci贸n.

En relaci贸n con la optimizaci贸n de las estructuras, si bien la informaci贸n m谩s antigua se remonta al siglo XV con los trabajos de聽Leonardo da Vinci聽y de聽Galileo Galilei聽sobre la disminuci贸n del peso de estructuras de madera, hay que esperar al siglo XIX con Maxwell y Levy, y a comienzos del siglo XX con Mitchell, para ver las primeras aportaciones en el dise帽o de m铆nimo peso de estructuras de arcos y cerchas met谩licas. En 1994, Cohn y Dinovitzer [2] realizaron una amplia revisi贸n de los m茅todos empleados en la optimizaci贸n de estructuras, comprobando que la inmensa mayor铆a de las investigaciones llevadas a cabo hasta entonces se basaban en la programaci贸n matem谩tica y en problemas m谩s bien te贸ricos, con una preponderancia abrumadora de las estructuras met谩licas frente a las estructuras de hormig贸n. As铆, la aplicaci贸n de m茅todos heur铆sticos a la ingenier铆a estructural se remonta a los a帽os 70 y 80 [3-5], siendo la computaci贸n evolutiva, y en especial los algoritmos gen茅ticos, los m茅todos que m谩s se han utilizado. La revisi贸n de Kicinger et al. [6] proporciona un completo estado del arte de los m茅todos evolutivos aplicados al dise帽o estructural. Por otro lado, nuestro grupo de investigaci贸n, a trav茅s de su proyecto de investigaci贸n HORSOST, y m谩s recientemente con el proyecto BRIDLIFE, ha presentado聽trabajos recientes聽de dise帽o autom谩tico y optimizaci贸n de estructuras de hormig贸n armado con algoritmos gen茅ticos [7] y con otras t茅cnicas heur铆sticas [8-13], as铆 como trabajos de optimizaci贸n con hormig贸n pretensado [14,15] o de la optimizaci贸n de las infraestructuras lineales [16].

Os dejo a continuaci贸n un v铆deo tutorial donde se realiza una peque帽a introducci贸n al dise帽o optimizaci贸n estructural. Espero que os sea de inter茅s. Por cierto, si alguien se anima a hacer su tesis doctoral con nuestro grupo de investigaci贸n, ser谩 bien recibido.

Referencias:

[1]聽T.W. Liao, P.J. Egbelu, B.R. Sarker, S.S. Leu, Metaheuristics for project and construction management 鈥 A state-of-the-art review, Automation in Construction 20 (2011) 491-505.

[2]聽M.Z. Cohn, A.S. Dinovitzer, Application of structural optimization, ASCE Journal of Structural Engineering 120 (1994) 617-649.

[3]聽A. Hoeffler, U. Leysner, J. Weidermann, Optimization of the layout of trusses combining strategies based on Mitchel鈥檚 theorem and on biological principles of evolution, Proceedings of the Second Symposium on Structural Optimization (1973).

[4]聽M. Lawo, G. Thierauf, Optimal design for dynamic stochastic loading: a solution by random search, en: Optimization in structural design, University of Siegen, 1982, pp. 346-352.

[5]聽D.E. Goldberg, M.P. Samtani, Engineering optimization via genetic algorithms, Proceedings of the Ninth Conference on Electronic Computation ASCE (1986) 471-482.

[6]聽R. Kicinger, T. Arciszewski, K. De Jong, Evolutionary computation and structural design: A survey of the state-of-the-art, Computers & Structures 83 (2005) 1943-1978.

[7] F.J. Martinez, F. Gonz谩lez-Vidosa, A. Hospitaler, V. Yepes, Heuristic optimization of RC bridge piers with rectangular hollow sections, Computers & Structures 88 (2010) 375-386.

[8] I. Paya-Zaforteza, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, A. Hospitaler, On the Weibull cost estimation of building frames designed by simulated annealing, Meccanica 45 (2010) 693-704.

[9] V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, J. Alcala, P. Villalba, CO2-Optimization design of reinforced concrete retaining walls based on a VNS-Threshold acceptance strategy, Journal of Computing in Civil Engineering ASCE 26 (2012) 378-386.

[10] C. Perea, V. Yepes, J. Alcala, A. Hospitaler, F. Gonz谩lez-Vidosa, A parametric study of optimum road frame bridges by threshold acceptance, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences 17 (2010) 427-437.

[11] A. Carbonell, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, B煤squeda exhaustiva por entornos aplicada al dise帽o econ贸mico de b贸vedas de hormig贸n armado, Revista Internacional de M茅todos Num茅ricos para C谩lculo y Dise帽o en Ingenier铆a 27 (2011) 227-235.

[12] A. Carbonell, F. Gonz谩lez-Vidosa, V. Yepes, Design of reinforced concrete road vaults by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 42 (2011) 151-159.

[13] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J.V. Mart铆, J. Alcal谩,聽聽Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm.聽Latin American Journal of Solids and Structures,聽11(7) (2014) 1190 鈥 1205.

[14] J.V. Mart铆, F. Gonz谩lez-Vidosa, Design of prestressed concrete precast pedestrian bridges by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 41 (2010) 916-922.

[15] J.V. Mart铆, F. Gonz谩lez-Vidosa, V. Yepes, J. Alcal谩, Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing, Engineering Structures 48 (2013) 342-352.

[16] C. Torres-Mach铆, A. Chamorro, C. Videla, E. Pellicer, V. Yepes. An interative approach for the optimization of pavement maintenance mangement at the network level, The Scientific World Journal ID 524329 (2014).

[17] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, E. P茅rez-L贸pez. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures 92 (2015) 112-122.

[18] J.V. Mart铆, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa. Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE聽141(2) (2015) 04014114.

[19] V. Yepes, J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura.聽Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction49 (2015) 123-134.

[20] V. Yepes, T. Garc铆a-Segura, J.M. Moreno-Jim茅nez. A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4) (2015) 1024-1036.

[21] A. Luz, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, J.V. Mart铆. Dise帽o de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimizaci贸n h铆brida de escalada estoc谩stica. Informes de la Construcci贸n,聽67(540) (2015), e114.

[22] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, E. P茅rez-L贸pez. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92 (2015) 112-122.

[23] J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura, V. Yepes.Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road聽bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120 (2016) 231-240.

 

14 julio, 2016
 
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El profesor Dan M. Frangopol de estancia con nosotros en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia

Tenemos la gran suerte de contar con el profesor Dan M. Frangopol como profesor visitante en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Se trata de una estancia que solicit贸 nuestro grupo de investigaci贸n dentro del proyecto de investigaci贸n BRIDLIFE y que tambi茅n ha sido apoyada por nuestra universidad. Es una magn铆fica oportunidad de poder colaborar en l铆neas de investigaci贸n que confluyen en la optimizaci贸n multiobjetivo de estructuras a lo largo de su ciclo de vida. Ya estuvo nuestra investigadora Tatiana Garc铆a Segura cuatro meses de estancia en la Universidad de Lehigh.

El curriculum y la trayectoria acad茅mica del profesor Frangopol es impresionante. Es el primer titular de la C谩tedra Fazlur R. Khan de Ingenier铆a Estructural y Arquitectura de la Universidad de Lehigh, en Bethlehem, Pensilvania. Antes de incorporarse a esta universidad, fue profesor de ingenier铆a civil en la Universidad de Colorado en Boulder, donde ahora es profesor em茅rito. Sus l铆neas de investigaci贸n se centran en la aplicaci贸n de los conceptos probabil铆sticos y m茅todos de la ingenier铆a civil tales como la fiabilidad estructural, el dise帽o basado en la probabilidad y la optimizaci贸n de edificios, puentes y barcos navales, vigilancia de la salud estructural, mantenimiento y gesti贸n a lo largo de su ciclo de vida, gesti贸n de infraestructuras en condiciones de incertidumbre, evaluaci贸n basada en el riesgo, sostenibilidad y resistencia a los desastres.

De acuerdo con el ASCE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles)聽鈥Dan M. Frangopol is a preeminent authority in bridge safety and maintenance management, structural system reliability, and life-cycle civil engineering. His contributions have defined much of the practice around design specifications, management methods, and optimization approaches. From the maintenance of deteriorated structures and the development of system redundancy factors to assessing the performance of long-span structures, Dr. Frangopol鈥檚 research has not only saved time and money, but very likely also saved lives鈥 Dr. Frangopol is a renowned teacher and mentor to future engineers.鈥

A parte de cuatro doctorados honoris causa,聽el profesor Frangopol presenta un 铆ndice h de 54 y m谩s de 11900 citas (Google Scholar, 2015). Ha dirigido m谩s de 40 tesis doctorales y ha sido profesor visitante en numerosas universidades de todo el mundo. Lo mejor es que ve谩is su curr铆culum entero en su p谩gina web:聽http://www.lehigh.edu/~dmf206/

Os dejo a continuaci贸n los seminarios y conferencias que impartir谩 este mes en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Si ten茅is alguna duda, me pod茅is enviar un correo electr贸nico. La entrada es libre. Os ir茅 contando en sucesivos posts m谩s sobre nuestra actividad este mes con el profesor Frangopol.

Descargar (PDF, 108KB)

Construcci贸n sismo-resistente: las claves de los edificios chilenos

1625153驴Por qu茅 los edificios chilenos modernos se comportan tan bien frente a los sismos? La calidad de la tecnolog铆a antis铆smica empleada en las edificaciones chilenas, que permiti贸 que solo un 1 % sufriera da帽os estructurales durante el terremoto del a帽o 2010, el sexto m谩s grande del mundo, ha impulsado el inter茅s de varios pa铆ses de la regi贸n por estos dispositivos.聽En estructuras de hasta 18 pisos se utiliza el aislamiento s铆smico, que permiten interrumpir la estructura en su conexi贸n a nivel del suelo y generar una interfaz para que el movimiento s铆smico no se propague hacia la estructura. En cambio, en las construcciones de mayor altura se emplea la聽disipaci贸n de energ铆a, que aprovecha el movimiento de la estructura para conectar entre dos puntos un sistema que disipe la energ铆a producto de la deformaci贸n relativa de 茅stos.

Os dejo esta entrevista de televisi贸n al decano de ingenier铆a de la Universidad Cat贸lica de Chile Juan Carlos de la Yera. Es muy ilustrativa e interesante.

Tambi茅n os paso un v铆deo explicativo al respecto.

25 septiembre, 2015
 
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