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La captura de di贸xido de carbono: la carbonataci贸n del hormig贸n

By MADe [GFDL (http://www.gnu.org/copyleft/fdl.html), CC-BY-SA-3.0 (http://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/) or CC BY-SA 2.5 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/2.5)], from Wikimedia Commons

En posts anteriores ya hemos tratado el tema del di贸xido de carbono y el hormig贸n, en especial cuando cuantific谩bamos la cantidad de聽 CO2 que se emite a la atm贸sfera con la fabricaci贸n del hormig贸n o bien cuando trat谩bamos sobre la durabilidad del hormig贸n. En este post vamos a realizar un peque帽o an谩lisis de las investigaciones relacionadas con la carbonataci贸n del hormig贸n a lo largo del ciclo de vida de una estructura (Yepes, 2017).

Son pocos los estudios sobre el ciclo de vida de estructuras de hormig贸n que consideran la carbonataci贸n. Si se ignora la absorci贸n de CO2 se pueden sobrestimar las emisiones en un 13-48%, dependiendo del tipo de cemento y la aplicaci贸n del hormig贸n reciclado durante la vida secundaria (Collins, 2010). Este proceso de carbonataci贸n se denomina muchas veces recarbonataci贸n, puesto que el producto final es el carbonato c谩lcico, que es qu铆micamente el mismo componente que se utiliz贸 como ingrediente primario para la fabricaci贸n del cemento. La carbonataci贸n del hormig贸n se puede evaluar mediante modelos te贸ricos (Papadakis et al., 1991), modelos experimentales (Jiang et al., 2000) y modelos basados en la teor铆a de la difusi贸n y en pruebas reales (Houst y Wittmann, 2002).

El coeficiente de carbonataci贸n del hormig贸n depende de la porosidad y de la permeabilidad del recubrimiento de las armaduras, as铆 como de las condiciones ambientales a las que est茅 expuesto (Bertolini et al., 2004). Cuando reducimos la relaci贸n agua/cemento, dificultamos la difusi贸n de CO2 en el hormig贸n. El hecho de que la velocidad de carbonataci贸n sea mayor en hormigones protegidos de la intemperie se debe al bloqueo parcial de los poros por efecto de la lluvia en el exterior no protegido.

Oxidaci贸n de las armaduras como limitante de la durabilidad del hormig贸n armado

Si se comparan ambas condiciones se obtienen grandes diferencias, mostr谩ndose la gran influencia que tiene la humedad en la carbonataci贸n (Gal谩n et al., 2010). La cantidad necesaria de CO2 para bajar el pH hasta rangos casi neutros, en los que las armaduras dejan de estar protegidas, variar谩 en funci贸n de la reserva alcalina que el cemento aporte al hormig贸n, la cual depende tanto del tipo como de la cantidad de cemento utilizado (Ho and Lewis, 1987; Kobayashi y Uno, 1989). Zornoza et al. (2009) se帽alaron que la capacidad del hormig贸n para fijar CO2 es proporcional a la alcalinidad de la pasta de cemento. Otro factor muy importante es el recubrimiento del acero, pues cuanto mayor sea, m谩s tiempo tardar谩 el CO2 en deteriorar la protecci贸n alcalina frente a la corrosi贸n del acero. La EHE-08 (Fomento, 2008) calcula el coeficiente de carbonataci贸n en funci贸n de la exposici贸n a la lluvia, el aire ocluido, la resistencia del hormig贸n y el uso de adiciones.

Leber y Blakey (1956) estimaron los efectos de la carbonataci贸n suponiendo que todo el CO2 absorbido reacciona con la cal para formar carbonato c谩lcico en morteros y en hormig贸n. La carbonataci贸n del hormig贸n capta CO2 y compensa las emisiones de otras etapas del ciclo de vida. El tipo de cemento y el uso de hormig贸n reciclado influyen significativamente en la captura de CO2 (Collins, 2010). Flower y Sanjayan (2007) encontraron que la escoria de alto horno y la ceniza volante podr铆an reducir, respectivamente, las emisiones de CO2 del hormig贸n en un 22% y entre un 13% y un 15% en mezclas de hormig贸n habituales.

Pade y Guimaraes (2007), Collins (2010) y Dodoo et al. (2009) consideraron los modelos predictivos de la primera ley de difusi贸n de Fick para estimar la captura de CO2. Esta captura depende del coeficiente de carbonataci贸n, del tiempo, de la cantidad de cemento Portland por metro c煤bico de hormig贸n, de la cantidad de contenido de CaO en el cemento Portland, de la proporci贸n de CaO que puede ser carbonatada y de la superficie expuesta. Pade y Guimaraes (2007) analizaron la cantidad de hormig贸n que se recicla para uso secundario seg煤n el pa铆s y concluyeron que la trituraci贸n del hormig贸n tras su vida 煤til incrementa significativamente la carbonataci贸n gracias a la mayor superficie expuesta. Aproximadamente dos tercios de las emisiones producidas en la calcinaci贸n para fabricar cemento se pueden capturar si se deja el hormig贸n triturado expuesto durante 30 a帽os tras la finalizaci贸n de su vida 煤til (Dodoo et al., 2009). De hecho, un 70% del CO2 liberado en la producci贸n de cemento se recapturar铆a por el hormig贸n endurecido en 100 a帽os (B枚rjesson y Gustavsson, 2000).

La durabilidad del hormig贸n armado puede disminuirse significativamente por los procesos de degradaci贸n de origen ambiental o funcional (Angst et al., 2009; Guzm谩n et al., 2011). En consecuencia, la reducci贸n de la vida 煤til provoca una mayor cantidad de emisiones anuales. Adem谩s, contemplar la durabilidad tambi茅n es fundamental en un buen dise帽o conceptual, en la gesti贸n de calidad en la construcci贸n y en un buen plan de mantenimiento. As铆, A茂tcin (2000) se帽al贸 la importancia de considerar no solo el coste de 1 m3 de hormig贸n, sino el coste de 1 MPa o 1 a帽o del ciclo de vida de una estructura. La carbonataci贸n puede ayudar a reducir las emisiones totales de CO2 asociadas a la producci贸n de hormig贸n. Sin embargo, este fen贸meno hace perder la capa protectora alcalina que protege de la corrosi贸n y, por tanto, determina la durabiliad de la estructura.

Garc铆a-Segura et al. (2014) estudiaron el ciclo de vida de las emisiones de gases de efecto invernadero del hormig贸n elaborado con cemento con adiciones. Se evalu贸 la carbonataci贸n durante la vida 煤til y tras la demolici贸n, considerando que el 贸xido de calcio que no carbonate durante la etapa de uso lo puede hacer despu茅s de la demolici贸n. Encontraron que la carbonataci贸n durante la etapa de uso disminuye las emisiones totales en un 22% respecto a los hormigones con cemento Portland. Adem谩s, y esto es muy importante, el hormig贸n reciclado triturado y expuesto a la atm贸sfera garantiza una carbonataci贸n completa y una enorme reducci贸n de las emisiones de CO2.

Referencias:

A茂tcin, P.C. (2000). Cements of yesterday and today. Cement and Concrete Research, 30(9), 1349鈥1359.

Angst, U.; Elsener, B.; Larsen, C.K.; Vennesland, 脴. (2009). Critical chloride content in reinforced concrete 鈥 A review. Cement and Concrete Research, 39(12), 1122鈥1138.

Bertolini, L.; Elsener, B.; Pedeferri, P.; Polder, R.B. (2004). Corrosion of Steel in Concrete: Prevention, Diagnosis, Repair. Weinheim: Wiley-VCH.

B枚rjesson, P.; Gustavsson, L. (2000). Greenhouse gas balances in building construction: wood versus concrete from life-cycle and forest land-use perspectives. Energy Policy, 28(9), 575鈥588.

Collins, F. (2010). Inclusion of carbonation during the life cycle of built and recycled concrete: influence on their carbon footprint. The International Journal of Life Cycle Assessment, 15(6), 549鈥556.

Dodoo, A.; Gustavsson, L.; Sathre, R. (2009). Carbon implications of end-of-life management of building materials. Resources, Conservation and Recycling, 53(5), 276鈥286.

Flower, D.J.M.; Sanjayan, J.G. (2007). Green house gas emissions due to concrete manufacture. The International Journal of Life Cycle Assessment, 12(5), 282鈥288.

Fomento, M. (2008). EHE-08: Code on structural concrete. Madrid, Spain: Ministerio de Fomento.

Gal谩n, I.; Andrade, C.; Mora, P.; Sanjuan, M.A. (2010). Sequestration of CO2 by concrete carbonation. Environmental Science & Technology, 44(8), 3181鈥6.

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

Guzm谩n, S.; G谩lvez, J.C.; Sancho, J.M. (2011). Cover cracking of reinforced concrete due to rebar corrosion induced by chloride penetration. Cement and Concrete Research, 41(8), 893鈥902.

Ho, D.; Lewis, R. (1987). Carbonation of concrete and its prediction. Cement and Concrete Research, 17(3), 489-504.

Houst, Y.F.; Wittmann, F. H. (2002). Depth profiles of carbonates formed during natural carbonation. Cement and Concrete Research, 32(12), 1923鈥1930.

Jiang, L.; Lin, B.; Cai, Y. (2000). A model for predicting carbonation of high-volume fly ash concrete. Cement and Concrete Research, 30(5), 699鈥702.

Kobayashi, K.; Uno, Y. (1989). Influence of alkali on carbonation of concrete, part I. Preliminary tests with mortar specimens. Cement and Concrete Research, 19(5), 821-826.

Leber, I.; Blakely, F.A. (1956). Some effects of carbon dioxide on mortars and concrete. Journal of American Concrete Institute, 53(9), 295鈥308.

Pade, C.; Guimaraes, M. (2007). The CO2 uptake of concrete in a 100聽year perspective. Cement and Concrete Research, 37(9), 1348鈥1356.

Papadakis, V.G.; Vayenas, C.G.; Fardis, M.N. (1991). Fundamental Modeling and Experimental Investigation of Concrete Carbonation. ACI Materials Journal, 88(4), 363鈥373.

Yepes, V. (2017). Trabajo de investigaci贸n.聽Concurso de Acceso al Cuerpo de Catedr谩ticos de Universidad.聽Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 110 pp.

Zornoza, E.; Pay谩, J.; Monz贸, J.; Borrachero, M.V.; Garc茅s, P. (2009). The carbonation of OPC mortars partially substituted with spent fluid catalytic catalyst (FC3R) and its influence on their mechanical properties. Construction and Building Materials, 23(3),聽 1323鈥1328.

 

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5 junio, 2018
 
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M谩s de 10 a帽os investigando la optimizaci贸n de estructuras de hormig贸n

Parece que fue ayer, pero este 2018 cumplimos 10 a帽os desde que nos publicaron el primer art铆culo internacional relacionado con la optimizaci贸n heur铆stica de estructuras de hormig贸n. Sin embargo, todo empez贸 un poco antes, en el 2002, a帽o en que defend铆 mi tesis doctoral denominada “Optimizaci贸n heur铆stica econ贸mica aplicada a las redes de transporte del tipo VRPTW”. Con ella pude ponerme al d铆a con los procedimientos de optimizaci贸n heur铆stica m谩s prometedores en ese momento. Sin embargo, pronto me d铆 cuenta de las posibilidades que ten铆a aplicar estos algoritmos a la optimizaci贸n de problemas reales de ingenier铆a, en particular las estructuras de hormig贸n.

Por tanto, en septiembre del a帽o 2002 fue el inicio del聽Grupo de Investigaci贸n de Procedimientos de Construcci贸n, Optimizaci贸n y An谩lisis de Estructuras.聽La iniciativa de creaci贸n del grupo correspondi贸 a los profesores Gonz谩lez-Vidosa y Yepes Piqueras.聽El primero de ellos, con una amplia experiencia en la investigaci贸n y la pr谩ctica profesional de las estructuras de hormig贸n armado y pretensado; y el segundo, con una experiencia reciente en el campo de la optimizaci贸n heur铆stica en la ingenier铆a. A partir de ese momento empezaron a gestarse las primeras tesis doctorales, las primeras de las cuales se defendieron en el a帽o 2007, correspondientes a Cristian Perea de Dios y a Ignacio Javier Pay谩 Zaforteza. En el a帽o 2008 se publicaron nuestros tres primeros art铆culos: Perea et al. (2008), Pay谩 et al. (2008) y Yepes et al. (2008).

En aquellos momentos, las preguntas a las que pretend铆amos dar una soluci贸n fueron las siguientes:

  • 驴Es capaz la inteligencia artificial de dise帽ar autom谩ticamente las estructuras?
  • 驴La inteligencia artificial podr谩 suplantar la experiencia del ingeniero en el predise帽o de las estructuras?
  • 驴Se pueden utilizar t茅cnicas procedentes del campo de la Investigaci贸n Operativa en la optimizaci贸n de las estructuras?
  • 驴Puede alcanzarse una econom铆a importante en los costes de construcci贸n de las estructuras sin merma de la calidad?
  • 驴Aparecer谩n nuevas patolog铆as si los m贸dulos de optimizaci贸n autom谩tica empiezan a implantarse de forma habitual en los paquetes de c谩lculo comerciales?
  • 驴Deber铆an revisarse las normas de c谩lculo si se extiende el c谩lculo optimizado de estructuras?
  • 驴Deber谩n tenerse en cuenta estados l铆mites no considerados hasta ahora en la comprobaci贸n de las estructuras optimizadas?
  • 驴Pueden optimizarse varios criterios a la vez? 驴C贸mo son las estructuras de bajo coste y alta seguridad?
  • 驴Es posible valorar el coste de la seguridad integral de una estructura?
  • 驴Podemos dise帽ar estructuras de bajo coste y que a la vez consuman poco CO2 y energ铆a para hacer una ingenier铆a sostenible?
  • 驴Se puede aplicar el concepto de 鈥渉uella ecol贸gica鈥 al dise帽o de las estructuras?

 

Fueron nuestros tres primeros art铆culos internacionales, pero a fecha de hoy ya se han publicado m谩s de 60 y dirigido una quincena de tesis doctorales, as铆 como una decena de proyectos de investigaci贸n. La lista la pod茅is ver en el blog:聽http://victoryepes.blogs.upv.es/publicaciones/articulos-jcr/

Referencias:

PEREA, C.; ALCAL脕, J.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008).聽Design of Reinforced Concrete Bridge Frames by Heuristic Optimization.Advances in Engineering Software, 39(8): 676-688.

PAY脕, I.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008).聽Multiobjective Optimization of Reinforced Concrete Building Frames by Simulated Annealing.Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 23(8): 596-610.

YEPES, V.; ALCAL脕, J.; PEREA, C.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F. (2008).聽A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing.聽Engineering Structures,聽30(3): 821-830.

 

20 febrero, 2018
 
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Motivos para renovar la metodolog铆a de dise帽o de las estructuras

https://construblogspain.wordpress.com/

Los m茅todos tradicionales empleados para el proyecto de un puente se basan en procedimientos de prueba y error que sirven para mejorar los dise帽os (Figura 1). Si bien la experiencia del proyectista permite definir 鈥渁 priori鈥 la geometr铆a de la estructura, el resto de variables se determinan atendiendo al cumplimiento de los diferentes estados l铆mite exigidos por los reglamentos para las situaciones de proyecto consideradas. De esta forma, la soluci贸n propuesta, si bien es funcionalmente correcta, no tiene porque ser la 贸ptima. Los m茅todos de optimizaci贸n, como pueden ser los algoritmos metaheur铆sticos o estoc谩sticos, proporcionan una alternativa eficaz a los dise帽os estructurales basados en la experiencia. Estos algoritmos se caracterizan porque combinan unas reglas de decisi贸n y la aleatoriedad para buscar de forma eficaz soluciones de alta calidad en espacios de soluciones de gran tama帽o, tal y como son los originados por los problemas estructurales reales. Adem谩s, al explorar una gran cantidad de posibles combinaciones, encuentra soluciones que pueden estar alejadas de las reglas de dise帽o habituales empleadas por los proyectistas.

Figura 1. Dise帽o por prueba y error de las estructuras (Yepes, 2017)

As铆, por ejemplo, los puentes de secci贸n en caj贸n constituyen uno de las tipolog铆as m谩s habituales en los puentes continuos, pues presentan ventajas tanto desde la perspectiva de su eficiencia resistente como por su bajo peso propio. Sin embargo, las normas de dise帽o actuales no siempre contemplan los objetivos y las prioridades de una sociedad cambiante. El informe Brundtland (WCED, 1987) propone una visi贸n a largo plazo para mantener los recursos, que ser谩n necesarios para las necesidades futuras. El desarrollo sostenible requiere una triple visi贸n que equilibre el desarrollo econ贸mico y las necesidades ambientales y sociales. Por lo tanto, las preocupaciones por construir un futuro m谩s sostenible obligan a considerar aspectos como el impacto ambiental, la durabilidad y el nivel de seguridad, entre otros. Esto ha llevado al desarrollo de materiales de baja emisi贸n de carbono, la b煤squeda de nuevos dise帽os que reduzcan el impacto ambiental, la planificaci贸n de mantenimiento para prolongar la vida 煤til de las estructuras y la evaluaci贸n de su ciclo de vida para contemplar su impacto en su conjunto.

Esta nueva visi贸n implica renovar la metodolog铆a de dise帽o de estructuras de modo que se consideren los criterios de sostenibilidad, que permita el uso de nuevos materiales y que, adem谩s, garantice un an谩lisis estructural preciso. En este sentido, la optimizaci贸n multiobjetivo encuentra soluciones 贸ptimas con respecto a distintos objetivos, algunos de ellos contradictorios entre s铆. Los actuales procedimientos de optimizaci贸n heur铆stica han permitido el dise帽o automatizado de estructuras 贸ptimas. Sin embargo, existe una tendencia a considerar el dise帽o inicial y las operaciones de mantenimiento de la estructura como objetivos separados. Es decir, por una parte se estudia el dise帽o 贸ptimo de una estructura para cumplir con los estados l铆mite 煤ltimos y de servicio, y por otra parte, se considera la optimizaci贸n de las operaciones de mantenimiento del puente durante su vida 煤til como un objetivo diferente, partiendo de una estructura ya construida, con un determinado estado de seguridad conocido. Como el mantenimiento depende del estado, el dise帽o inicial debe considerar los aspectos del ciclo de vida que tambi茅n minimizan el mantenimiento futuro. Por lo tanto, es importante considerar la durabilidad con el fin de dise帽ar estructuras longevas y reducir los impactos a largo plazo. Es decir, se debe proyectar una estructura considerando todos los aspectos relacionados con su ciclo de vida.

La optimizaci贸n multiobjetivo (MOO) de las estructuras reales requiere tiempos de c谩lculo elevados, incluso con la potencia de los actuales ordenadores, debido a la existencia de muchas variables de decisi贸n, al procedimiento de an谩lisis con m茅todos como el de los elementos finitos y al n煤mero de funciones objetivo consideradas. El uso de modelos predictivos tales como las redes neuronales artificiales (Artificial Neural Networks, ANNs) permite reducir el n煤mero necesario de evaluaciones exactas de la estructura y sustituir dicho c谩lculo por predicciones aproximadas. ANN aprende de los datos disponibles y permite predicciones incluso cuando las relaciones son altamente no lineales. Esta caracter铆stica reduce el elevado coste computacional de las interaciones necesarias en los algoritmos de optimizaci贸n heur铆stica, al sustituir en dicho proceso una parte de los c谩lculos exactos por otros aproximados.

MOO conduce a una gama de soluciones 贸ptimas, que se consideran igualmente buenas en funci贸n de los m煤tiples objetivos 鈥搇a denominada frontera de Pareto-. El proceso de toma de decisiones para elegir la mejor de las opciones tiene lugar a posteriori, donde los expertos eligen la mejor soluci贸n en funci贸n de sus preferencias utilizando t茅cnicas de toma de decisiones. Sin embargo, la asignaci贸n de pesos a cada uno de los objetivos del problema puede estar sujeta a incertidumbres o falta de objetividad. Sobre esta base, este trabajo sugiere una metodolog铆a capaz de introducir la informaci贸n de selecci贸n (preferencia) en un proceso de toma de decisiones multicriterio en el que existen incertidumbres asociadas a la comparaci贸n de criterios.

Referencias:

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

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

Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M. (2017a). Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks. Structural and Multidisciplinary Optimization, 56(1):139-150.,

Garc铆a-Segura, T.; Yepes, V.; Frangopol, D.M.; Yang, D. Y. (2017b). Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges. Engineering Structures, 145, 381-391.

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

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

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

Penad茅s-Pl脿, V.; Garc铆a-Segura, T.; Mart铆, J.V.; Yepes, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12), 1295.

Penad茅s-Pl脿, V.; Mart铆, J.V.; Garc铆a-Segura, T.;聽 Yepes, V.(2017).聽Life-cycle assessment: A comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges.Sustainability, 9(10):1864.

Yepes, V. (2017). Trabajo de investigaci贸n. Concurso de Acceso al Cuerpo de Catedr谩ticos de Universidad. Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia, 110 pp.

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

Yepes, V.; Mart铆, J.V.; Garc铆a-Segura, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast鈥損restressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49, 123鈥134.

Yepes, V.; Mart铆, J.V.; Garc铆a-Segura, T.; Gonz谩lez-Vidosa, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4), 738-749.

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2 febrero, 2018
 
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Antecedentes y motivaci贸n del proyecto de investigaci贸n DIMALIFE (2018-2020)

Hoy 2 de enero de 2018 empezamos oficialmente el proyecto de investigaci贸n DIMALIFE (BIA2017-85098-R): “Dise帽o y mantenimiento 贸ptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”. Se trata de un proyecto trianual (2018-2020) financiado por el Ministerio de Econom铆a, Industria y Competitividad, as铆 como por el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER). La entidad solicitante es la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia y el Centro el ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnolog铆a del Hormig贸n). Los investigadores principales son V铆ctor Yepes聽(IP1) y Eugenio Pellicer聽(IP2). Al proyecto tambi茅n se le ha asignado un Contrato Predoctoral, que sacaremos a concurso pr贸ximamente. Con las restricciones presupuestarias tan fuertes en materia de I+D+i y con la alta competencia existente por conseguir proyectos de investigaci贸n, lo cierto es que estamos muy satisfechos por haber conseguido financiaci贸n. Adem谩s, estamos abiertos a cualquier tipo de colaboraci贸n tanto desde el mundo empresarial o universitario para reforzar este reto. Por tanto, lo primero que vamos a hacer es explicar los antecedentes y la motivaci贸n del proyecto.

La sostenibilidad econ贸mica y el desarrollo social de la mayor铆a de los pa铆ses dependen directamente del comportamiento fiable y duradero de sus infraestructuras (Frangopol, 2011). Las infraestructuras del transporte presentan una especial relevancia, especialmente sus infraestructuras viarias y puentes, cuya construcci贸n y mantenimiento influyen fuertemente en la actividad econ贸mica, el crecimiento y el empleo. Sin embargo, tal y como indica Mar铆 (2007), estas actividades impactan significativamente en el medio ambiente, presentan efectos irreversibles y pueden comprometer el presente y el futuro de la sociedad. El gran reto, por tanto, ser谩 disponer de infraestructuras capaces de maximizar su beneficio social sin comprometer su sostenibilidad (Aguado et al., 2012). La sostenibilidad, de hecho, constituye un enfoque que ha dado un giro radical a la forma de afrontar nuestra existencia. El calentamiento global, las tensiones sociales derivadas de la presi贸n demogr谩fica y del reparto desequilibrado de la riqueza son, entre otros, los grandes retos que debe afrontar esta generaci贸n. (m谩s…)

驴Es f谩cil optimizar estructuras de hormig贸n?

Es m谩s, 驴es posible que un ordenador sea capaz de dise帽ar de forma autom谩tica estructuras 贸ptimas sin darle ninguna pista o informaci贸n previa? Estoy convencido que a la vuelta de un par de a帽os, todos los programas comerciales tendr谩n paquetes de optimizaci贸n estructural que permitir谩n reducciones de coste en torno al 5-15% respecto a los programas actuales. Ya os adelanto que esta nueva tecnolog铆a va a traer consigo nuevas patolog铆as en las estructuras de hormig贸n, que con la optimizaci贸n se parecen m谩s a las estructuras met谩licas. Con el tiempo habr谩 que introducir cap铆tulos o restricciones en las futuras versiones de la EHE o de los Euroc贸digos. En este post vamos a continuar comentando aspectos relacionados con la modelizaci贸n matem谩tica, la optimizaci贸n combinatoria, las metaheur铆sticas y los algoritmos.

Toda esta aventura la empezamos en el a帽o 2002, con el primer curso de doctorado sobre optimizaci贸n heur铆stica en la ingenier铆a civil, que luego hemos ido ampliando y mejorando en el actual M谩ster Oficial en Ingenier铆a del Hormig贸n. Ya tenemos varias tesis doctorales y art铆culos cient铆ficos al respecto para aquellos de vosotros curiosos o interesados en el tema. Para aquellos que quer谩is ver algunas aplicaciones concretas, os recomiendo el siguiente cap铆tulo de libro que escribimos sobre la optimizaci贸n de distintas estructuras con un algoritmo tan simple como la cristalizaci贸n simulada. Para aquellos otros que teng谩is m谩s curiosidad, os dejos algunas publicaciones de nuestro grupo de investigaci贸n en el apartado de referencias.

Os paso, para abrir boca, una forma sencilla de optimizar a trav茅s de este Polimedia. Espero que os guste.

Referencias:

  • 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.聽https://authors.elsevier.com/a/1VLOP3QCo9NDzg聽
  • GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M.; YANG, D.Y. (2017).聽Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges.Engineering Structures,聽145:381-391. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013聽OPEN ACCESS
  • GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M. (2017).聽Multi-Objective Design of Post-Tensioned Concrete Road Bridges Using Artificial Neural Networks.Structural and Multidisciplinary Optimization, 56(1):139-150. doi: 10.1007/s00158-017-1653-0
  • YEPES, V.; MART脥, J.V.; GARC脥A-SEGURA, T.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F. (2017).聽Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives聽of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI:聽10.1016/j.acme.2017.02.006
  • MOLINA-MORENO, F.; GARC脥A-SEGURA;聽MART脥, J.V.; YEPES, V. (2017).聽Optimization of Buttressed Earth-Retaining Walls using Hybrid Harmony Search Algorithms.Engineering Structures,聽134:205-216. DOI:聽10.1016/j.engstruct.2016.12.042
  • GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125:325-336.聽DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.
  • MART脥, J.V.; GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road聽bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI:聽10.1016/j.jclepro.2016.02.024
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  • LUZ, A.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F.; MART脥, J.V. (2015). 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), e114. DOI:聽10.3989/ic.14.089
  • MART脥, J.V.; YEPES, V.; GONZ脕LEZ-VIDOSA, F. (2015). Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, 141(2):聽04014114.聽DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058(descargar versi贸n autor)
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26 julio, 2017
 
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Algunas conclusiones obtenidas del proyecto BRIDLIFE sobre puentes postesados en caj贸n

A punto de terminar el proyecto de investigaci贸n BRIDLIFE, a continuaci贸n se exponen algunas conclusiones de inter茅s fruto de dicho proyecto y de la tesis doctoral y publicaciones de la profesora Tatiana Garc铆a Segura. Son peque帽as “p铆ldoras” de conocimiento que pueden ser de inter茅s para proyectistas e investigadores relacionados con los puentes, el hormig贸n, la sostenibilidad y la optimizaci贸n. Son las siguientes:

  1. A pesar de la reducci贸n de durabilidad por carbonataci贸n y la menor captura de CO2, los cementos con adiciones resultan beneficiosos聽desde el punto de vista ambiental [1].
  2. Mientras el uso del hormig贸n reciclado como 谩rido afecta a las propiedades del hormig贸n y requiere en muchos casos un incremento en el contenido de cemento, la reutilizaci贸n del hormig贸n como material granular de relleno permite una completa carbonataci贸n del hormig贸n que reduce las emisiones de CO2 [1].
  3. Se puede mejorar la seguridad estructural de los puentes en caj贸n con un peque帽o incremento de coste siempre que se escojan las variables adecuadas [2]. Este incremento de coste no es constante para todos los niveles de seguridad. Se pueden establecer diferentes puntos, a partir de los cuales resulta m谩s caro mejorar la seguridad estructural [2].
  4. No se aconseja aumentar el espesor de la losa superior para mejorar la seguridad de los puentes en caj贸n, ya que ello conlleva un aumento de peso innecesario [2]. Sin embargo, el espesor de las alas en el arranque es un aspecto clave para mejorar la flexi贸n transversal [2].
  5. A pesar de que se ha considerado la inclinaci贸n del alma como variable de optimizaci贸n, su valor 贸ptimo apenas difiere para distintos valores de seguridad.聽 Esto se debe a que tanto el canto como el ancho de inclinaci贸n del alma aumentan en paralelo para mejorar la seguridad estructural [2].
  6. El uso de hormig贸n de alta resistencia en puentes no muestra ventajas econ贸micas a corto plazo, pues聽las restricciones de servicio y armadura m铆nima no permiten reducir el canto y la cantidad de armadura [2]. Sin embargo, el hormig贸n de alta resistencia retrasa el inicio de la corrosi贸n [3] y mejora el rendimiento estructural una vez se ha iniciado la corrosi贸n [4]. Si se dise帽an estructuras con hormigones de alta resistencia se consiguen mejores resultados durante el ciclo de vida que con dise帽os que tienen mayores recubrimientos, a pesar de tener el mismo inicio de corrosi贸n [4].
  7. Los dise帽os que tienen una mayor durabilidad tienen un mayor coste inicial pero un menor coste de ciclo de vida [4].
  8. Los resultados muestran que tanto la optimizaci贸n del coste como de las emisiones de CO2 reducen el consumo de material. Por tanto, la optimizaci贸n del coste es una buena estrategia para conseguir estructuras m谩s ecol贸gicas [2,5,6].
  9. Para gestionar el mantenimiento de las estructuras de forma sostenible se debe tener en cuenta tanto el coste y las emisiones de reparaci贸n, como el impacto que produce el desv铆o de tr谩fico sobre los usuarios de la v铆a [4].
  10. La optimizaci贸n del mantenimiento indica que no se debe optimizar cada superficie por separado, sino que se debe coordinar el mantenimiento de todas las superficies para reducir el coste y las emisiones que ocasiona el desv铆o del tr谩fico [4].

Referencias:

[1]聽聽聽聽聽聽聽聽聽 T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, Life cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability, Int. J. Life Cycle Assess. 19 (2014) 3鈥12. doi:10.1007/s11367-013-0614-0.

[2]聽聽聽聽聽聽聽聽 T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety, Eng. Struct. 125 (2016) 325鈥336. doi:10.1016/j.engstruct.2016.07.012.

[3]聽聽聽聽聽聽聽聽 T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, D.M. Frangopol, Multi-objective design of post-tensioned concrete road bridges using artificial neural networks, Struct. Multidiscip. Optim. 56 (2017) 139鈥150. doi:10.1007/s00158-017-1653-0.

[4]聽聽聽聽聽聽聽聽 T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, D.M. Frangopol, D.Y. Yang, Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges, Eng. Struct. 145 (2017) 381鈥391. doi:10.1016/j.engstruct.2017.05.013.

[5]聽聽聽聽聽聽聽聽 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, Eng. Struct. 92 (2015) 112鈥122. doi:10.1016/j.engstruct.2015.03.015.

[6]聽聽聽聽聽聽聽聽 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, J. Clean. Prod. 120 (2016) 231鈥240. doi:10.1016/j.jclepro.2016.02.024.

5 junio, 2017
 
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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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Tesis doctoral: Efficient design of post-tensioned concrete box-girder road bridges based on sustainable multi-objective criteria

tatiana_jpg-1024x748Hoy 30 de septiembre de 2016 ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D陋 Tatiana Garc铆a Segura denominada “Efficient design of post-tensioned concrete box-girder road bridges based on sustainable multi-objective criteria”, dirigida por V铆ctor Yepes Piqueras. La tesis recibi贸 la calificaci贸n de “Sobresaliente Cum Laude” por unanimidad, con menci贸n internacional. Presentamos a continuaci贸n un peque帽o resumen de la misma.

Resumen:

Los puentes, como parte importante de una infraestructura, se espera que re煤nan todos los requisitos de una sociedad moderna. Tradicionalmente, el objetivo principal en el dise帽o de puentes ha sido lograr el menor coste mientras se garantiza la eficiencia estructural. Sin embargo, la preocupaci贸n por construir un futuro m谩s sostenible ha provocado un cambio en las prioridades de la sociedad. Estructuras m谩s ecol贸gicas y duraderas son cada vez m谩s demandadas. Bajo estas premisas, los m茅todos de optimizaci贸n heur铆stica proporcionan una alternativa eficaz a los dise帽os estructurales basados en la experiencia. La aparici贸n de nuevos materiales, dise帽os estructurales y criterios sostenibles motivan la necesidad de crear una metodolog铆a para el dise帽o autom谩tico y preciso de un puente real de hormig贸n postesado que considere todos estos aspectos. Por primera vez, esta tesis estudia el dise帽o eficiente de puentes de hormig贸n postesado con secci贸n en caj贸n desde un punto de vista sostenible. Esta investigaci贸n integra criterios ambientales, de seguridad estructural y durabilidad en el dise帽o 贸ptimo del puente. La metodolog铆a propuesta proporciona m煤ltiples soluciones que apenas encarecen el coste y mejoran la seguridad y durabilidad. Al mismo tiempo, se cuantifica el enfoque sostenible en t茅rminos econ贸micos, y se eval煤a el efecto que tienen dichos criterios en el valor 贸ptimo de las variables.

2016-09-30-19_21_29En este contexto, se formula una optimizaci贸n multiobjetivo que proporciona soluciones eficientes y de compromiso entre los criterios econ贸micos, ecol贸gicos y sociales. Un programa de optimizaci贸n del dise帽o selecciona la mejor combinaci贸n聽de geometr铆a, tipo de hormig贸n, armadura y postesado que cumpla con los objetivos seleccionados. Se ha escogido como caso de estudio un puente continuo en caj贸n de tres vanos situado en la costa. Este m茅todo proporciona un mayor conocimiento sobre esta tipolog铆a de puentes desde un punto de vista sostenible. Se ha estudiado el ciclo de vida a trav茅s de la evaluaci贸n del deterioro estructural del puente debido al ataque por cloruros. Se examina el impacto econ贸mico, ambiental y social que produce el mantenimiento necesario para extender la vida 煤til del puente. Por lo tanto, los objetivos propuestos para un dise帽o eficiente han sido trasladados desde la etapa inicial hasta la consideraci贸n del ciclo de vida.

Para solucionar el problema del elevado tiempo de c谩lculo debido a la optimizaci贸n multiobjetivo y el an谩lisis por elementos finitos, se han integrado redes neuronales en la metodolog铆a propuesta. Las redes neuronales son entrenadas para predecir la respuesta estructural a partir de las variables de dise帽o, sin la necesidad de analizar el puente. El problema de optimizaci贸n multiobjetivo se traduce en un conjunto de soluciones de compromiso que representan objetivos contrapuestos. La selecci贸n final de las soluciones preferidas se simplifica mediante una t茅cnica de toma de decisiones. Una t茅cnica estructurada convierte los juicios basados en comparaciones por pares de elementos con un grado de incertidumbre en valores num茅ricos que garantizan la consistencia de dichos juicios. Esta tesis proporciona una gu铆a que extiende y mejora las recomendaciones sobre el dise帽o de estructuras de hormig贸n dentro del contexto de desarrollo sostenible. El uso de la metodolog铆a propuesta lleva a dise帽os con menor coste y emisiones del ciclo de vida, comparado con dise帽os que siguen metodolog铆as generales. Los resultados demuestran que mediante una correcta elecci贸n del valor de las variables se puede mejorar la seguridad y durabilidad del puente con un peque帽o incremento del coste. Adem谩s, esta metodolog铆a es aplicable a cualquier tipo de estructura y material.

30 septiembre, 2016
 
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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

VigasArtesas_09Esta es la versi贸n post-print de autor. La publicaci贸n se encuentra en:聽http://hdl.handle.net/10251/46928, siendo el Copyright de Elsevier.

El art铆culo debe ser citado de la siguiente forma:

Mart铆, JV.; Yepes, V.; Gonzalez-Vidosa, F.; Luz, AJ. (2014).聽Dise帽o autom谩tico de tableros 贸ptimos de puentes de carretera de vigas artesa聽prefabricadas mediante algoritmos mem茅ticos h铆bridos. Revista Internacional de M茅todos聽Num茅ricos para C谩lculo y Dise帽o en Ingenier铆a. 30(3):145-154.聽doi:10.1016/j.rimni.2013.04.010.

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La improvisaci贸n musical como inspiraci贸n en el dise帽o sostenible de pasarelas peatonales

Analog铆a entre la improvisaci贸n musical y la optimizaci贸n en ingenier铆a. Fuente: http://www.hindawi.com/journals/jam/2012/147950/fig1/

El proceso de improvisaci贸n musical supone una organizaci贸n coherente de los sonidos y los silencios que da los par谩metros fundamentales de la m煤sica, que son la melod铆a, la armon铆a y el ritmo. La simulaci贸n del proceso de improvisaci贸n musical puede servir a los calculistas de estructuras como inspiraci贸n en el dise帽o de algoritmos que permitan optimizar, por ejemplo, un puente. En esta comparaci贸n, el conjunto de m煤sicos se podr铆a asimilar a las variables de decisi贸n; el rango de afinaci贸n, al rango de valores; la armon铆a; la est茅tica, a la funci贸n objetivo; la pr谩ctica, a la iteraci贸n y la experiencia, a la matriz de memoria. A este algoritmo heur铆stico se le denomina harmony search.

En este post os dejo el resumen, la referencia y el enlace a un art铆culo que acaban de publicarnos en la revista Engineering Structures donde aplicamos esta metodolog铆a en la optimizaci贸n sostenible del dise帽o de una pasarela peatonal formada por una viga caj贸n postesada. Esta investigaci贸n est谩 financiada dentro del Proyecto HORSOST (BIA2011-23602) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovaci贸n.

Resumen: Este art铆culo聽tiene como objetivo el dise帽o sostenible de puentes viga peatonales de hormig贸n postesado de secci贸n en caj贸n. Para ello se utiliza un algoritmo heur铆stico h铆brido de b煤squeda arm贸nica (hybrid harmony search) con la aceptaci贸n por umbrales para encontrar la geometr铆a y los materiales necesarios para que la suma de los costos y聽la huella de carbono sea lo m谩s baja posible, cumpliendo con todas las restricciones de seguridad estructural y durabilidad. Para ajustar los par谩metros del algoritmo se utiliz贸 la metodolog铆a del dise帽o de experimentos. Se realiz贸 asimismo un estudio param茅trico en pasarelas de 90 a 130 m de luz. Los resultados encontrados indican que la optimizaci贸n con ambas funciones objetivo conducen a resultados similares en coste, si bien con soluciones diferentes. Los resultados sugieren que la reducci贸n en las emisiones de CO2 conllevan mayores cantos, m谩s pretensado y menores resistencias caracter铆sticas del hormig贸n empleado. 聽La metodolog铆a presentada supone una propuesta聽detallada de las reglas聽de predimensionamiento de este tipo de estructuras teniendo en cuenta un enfoque medioambiental.

Fig 1

Palabras clave: Dise帽o sostenible, hormig贸n postesado, viga en caj贸n, pasarelas, optimizaci贸n, b煤squeda arm贸nica.

Referencia:聽GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCAL脕, J.; P脡REZ-L脫PEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI:聽10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)

18 julio, 2016
 
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