Investigación de vanguardia en el diseño óptimo y ejecución de los puentes construidos con vigas artesas

Figura 1. Montaje de una viga artesa

La construcción con hormigón prefabricado presenta claras ventajas económicas cuando se fabrican en taller piezas en grandes series. El ahorro en material y en mano de obra, la elevada calidad en el producto y el rápido montaje son razones que justifican, por sí solas, el uso de la construcción prefabricada. Sin embargo, hoy en día existen motivos adicionales basados en beneficios sociales y medioambientales que justifican la adopción de la tecnología del hormigón prefabricado. Asimismo, los proyectistas han tomado buena nota de las ventajas del prefabricado cuando se trata de construir puentes con luces moderadas, de 10 a 50 m. En estos casos, la disminución del peso resulta fundamental para reducir los costes de elevación y transporte de las piezas. En este contexto, la optimización estructural del coste necesario para construir un puente de vigas prefabricadas constituye un área de gran interés,especialmente cuando se realizan grandes series de piezas.

Siguiendo esta línea de trabajo, nuestro grupo de investigación se ha centrado en los últimos años en el diseño automatizado de puentes de vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado (HP) empleados como pasos superiores sobre vías de comunicación. Las luces vienen impuestas por las dimensiones de la vía inferior, con rangos habituales que oscilan entre los 20 y los 40 m. Estos puentes consisten en vigas de HP con forma de U con losa superior colaborante (Figura 2) y un tablero de hormigón, parcialmente prefabricado o construido “in situ”. Esta tipología cuenta a su favor, entre otras, con las ventajas derivadas de la prefabricación, como por ejemplo la construcción industrializada, los moldes reutilizables, los plazos reducidos de ejecución en obra y la baja interferencia con el tráfico inferior. La solución de viga en U permite eliminar completamente los poco agraciados cabezales sobre pila de los tableros de viga en doble T.

Figura 2. Esquema longitudinal del puente y sección transversal del tablero

Resulta interesante comparar la mejor solución alcanzada por alguno de los algoritmos desarrollados por nuestro gruporespecto a una estructura realmente construida y calculada mediante procedimientos habituales. Se han comprobado para casos similares ahorros apreciables en torno al 7-8%. Sin embargo, en algún caso extremo, como el caso del viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida del proyecto de construcción de la autovía del Mediterráneo, el ahorro se ha estimado en un 50% (Martí et al., 2014). En este caso, el puente tenía una luz de 35 m y un ancho de tablero igual al de la solución optimizada, siendo el ahorro alcanzado tan importante a causa de las diferencias en la medición de las unidades de obra en materiales que pueden apreciarse en la Tabla 1.

Tabla 1. Comparación de las mediciones en las unidades de obra significativas correspondientes al viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida, de luz 35 m, respecto a la solución optimizada (Martí et al., 2014)

Resulta evidente que los resultados alcanzados por nuestro grupo de investigación pueden ser de gran interés para su transferencia a las empresas de prefabricados, constructoras y proyectistas. Este diseño automatizado supone un auténtico revulsivo en la forma de entender el proyecto de las estructuras. No obstante, ciertas prácticas comunes como introducir en los proyectos estructuras prefabricadas sobredimensionadas y luego ajustarlas durante la obra (con los consiguientes ahorros para las partes) pueden verse afectadas por este tipo de diseño optimizado. Esta mala praxis puede ser un impedimento para que el diseño optimizado entre a formar parte de la práctica habitual en nuestro sector.

Os dejo a continuación un vídeo del GRUPO BERTOLÍN donde distintos técnicos nos explican las características de los puentes construidos con vigas artesas, sus partes principales y los procesos de ingeniería, mostrando como ejemplo diferentes estructuras en las que Bertolín trabaja actualmente: 4 estructuras en la variante norte de Bétera, acceso a Torrente por el barranco de Chiva, duplicación del puente de Malilla en Valencia y la mejora del acceso de la V30 a la V31.

A continuación os dejo las publicaciones científicas que ha realizado nuestro grupo de investigación al respecto de los puentes de vigas artesa. Estamos, cómo no, en disposición de realizar transferencia tecnológica a las empresas que así nos lo soliciten.

Referencias:

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2018). An optimization-LCA of a prestressed concrete precast bridge. Sustainability, 10(3):685. DOI:10.3390/su10030685

PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2017). Life-cycle assessment: A comparison between two optimal post-tensioned concrete box-girder road bridges. Sustainability, 9(10):1864. DOI:10.3390/su9101864

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI:10.1016/j.acme.2017.02.006

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2017). 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):179-189.

MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI:10.1016/j.jclepro.2016.02.024

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134. DOI:10.1016/j.autcon.2014.10.013

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Automated design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid memetic algorithms. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 30(3), 145-154. DOI:10.1016/j.rimni.2013.04.010

MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing. Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014

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Objetivos y metodología del proyecto de investigación HYDELIFE

Figura 1. Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
Figura 1. Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)

En varios artículos anteriores detallamos los antecedentes, la motivación, las hipótesis de partida, así como la trascendencia del proyecto de investigación HYDELIFE. Ahora vamos a explicar los objetivos y la metodología de este proyecto, del cual soy investigador principal: Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos (PID2020-117056RB-I00). Los investigadores de este proyecto pertenemos al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH).

El objetivo general perseguido se basa en afrontar el reto social que supone la creación y la conservación de las construcciones modulares y puentes mixtos en escenarios de fuertes restricciones presupuestarias, mediante la resolución de los problemas complejos planteados en el ámbito de las decisiones públicas y privadas. Para ello se precisa un salto científico capaz de integrar a los distintos actores y grupos de expertos en la toma de decisiones considerando criterios de sostenibilidad social y ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de las infraestructuras considerando la variabilidad inherente al mundo real. Para integrar las incertidumbres que afectan al sistema, se propone aplicar técnicas metaheurísticas híbridas basadas en fiabilidad, aplicadas no sólo al proyecto de nuevas estructuras, sino al mantenimiento de las actuales. Un estudio de sensibilidad de los escenarios presupuestarios y de las hipótesis tomadas en los inventarios del análisis del ciclo de vida proporcionará conocimiento no trivial sobre las mejores prácticas. Esta metodología será aplicable también a otro tipo de infraestructuras.

El objetivo general se desarrollará mediante los objetivos específicos mostrados en la Figura 2 y que se describen a continuación, de los cuales será responsable el investigador principal:

  • OE-1: Análisis de funciones de distribución específicas para el diseño óptimo basado en fiabilidad que integre aspectos ambientales, sociales y económicos que sirva para la toma de decisión multicriterio.
  • OE-2: Determinación de indicadores clave basados en redes bayesianas y lógica neutrosófica para garantizar una efectiva integración de la sostenibilidad ambiental y social en la licitación de proyectos mantenimiento de construcciones modulares, puentes mixtos e híbridos.
  • OE-3: Identificación de estrategias de mantenimiento robusto óptimo de construcciones modulares y puentes mixtos y estructuras híbridas.
  • OE-4: Formulación y resolución del problema de optimización multiobjetivo que contemple el ciclo completo de construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas mediante metaheurísticas híbridas.
  • OE-5: Comparación del diseño robusto óptimo respecto a la optimización heurística considerando incertidumbres en los escenarios presupuestarios y en las hipótesis del análisis del ciclo de vida.
  • OE-6: Difusión de resultados y redacción de informes.
Figura 2.- Objetivos específicos del proyecto HYDELIFE

Metodología propuesta en relación con los objetivos y con el estado del arte

El análisis del estado del arte alumbró dos huecos en la investigación, el empleo de metaheurísticas híbridas con Deep Learning y su aplicación a construcciones modulares, puentes mixtos y estructuras híbridas. Además, el empleo de la lógica neutrosófica y las redes bayesianas abre puertas en el ámbito de la decisión multicriterio. Estas novedades se combinan en la metodología con técnicas y disciplinas ya empleadas en otros proyectos: análisis del ciclo de vida, análisis basado en fiabilidad, diseño óptimo robusto, metamodelos y técnicas de minería de datos. Por tanto, se trata de una combinación integrada cuyo objetivo es la priorización del tipo de diseño, en el caso de estructuras de nueva planta, o bien de su mantenimiento, basándose en criterios de sostenibilidad social y ambiental bajo presupuestos restrictivos, considerando la variabilidad inherente a los problemas reales.

La Figura 3 muestra el esquema metodológico propuesto para HYDELIFE, relacionando las fases con los objetivos propuestos. Se utiliza un enfoque mixto e interactivo, donde el decisor proporciona información sobre las preferencias al analista que, tras una optimización multiobjetivo basada en fiabilidad y metamodelos, aporta un conjunto de soluciones eficientes que el responsable debe evaluar antes de tomar su decisión. Por tanto, la novedad de la propuesta metodológica trifase se basa en la integración de técnicas de información a priori, donde el decisor (grupos de interés) informa de las preferencias al analista (en cuanto a tipologías, métodos constructivos, conservación, etc.), produciéndose con esta información una optimización multiobjetivo capaz de generar alternativas eficientes utilizando la variabilidad en los parámetros, variables y restricciones. La última fase pasa por un proceso de información a posteriori para que el decisor contemple aspectos no considerados en la optimización para dar la solución final completa.

Figura 3.- Esquema metodológico diseñado para HYDELIFE en relación con los objetivos

Proyecto de Investigación:

  • Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00. Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER. Investigador Principal: Víctor Yepes.

En este momento llevamos seis meses de trabajo, pues el proyecto comenzó en septiembre del 2021. Pero ya podemos dar algunos resultados que se pueden ver en la siguiente lista de referencias.

Referencias:

MARTÍNEZ FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA SANCHIS, I.; INSA FRANCO, R.; YEPES, V. (2022). Slab track optimisation using metamodels to improve rail construction sustainabilityJournal of Construction Engineering and Management, (accepted, in press).

MATHERN, A.; PENADÉS-PLÀ, V.; ARMESTO BARROS, J.; YEPES, V. (2022). Practical metamodel-assisted multi-objective design optimization for improved sustainability and buildability of wind turbine foundations. Structural and Multidisciplinary Optimization, 65:46. DOI:10.1007/s00158-021-03154-0

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision-making applied to the sustainability of building structures based on Modern Methods of Construction. Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724

YEPES, V.; LOPEZ, S. (2021). Knowledge management in the construction industry: Current state of knowledge and future research. Journal of Civil Engineering and Management, 27(8):671-680. DOI:10.3846/jcem.2021.16006

SIERRA, L.; ARAYA, F.; YEPES, V. (2021). Consideration of uncertainty and multiple disciplines in the determination of sustainable criteria for rural roads using neutrosophic logic.  Sustainability, 13(17):9854. DOI:10.3390/su13179854

ATA-ALI, N.; PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; YEPES, V. (2021). Recycled versus non-recycled insulation alternatives LCA analysis for different climatic conditions in Spain. Resources, Conservation and Recycling, 175, 105838. DOI:10.1016/j.resconrec.2021.105838

HOOSE, A.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2021). Selection of Production Mix in the Agricultural Machinery Industry considering Sustainability in Decision Making. Sustainability, 13(16), 9110. DOI:10.3390/su13169110

MAUREIRA, C.; PINTO, H.; YEPES, V.; GARCÍA, J. (2021). Towards an AEC-AI industry optimization algorithmic knowledge mapping. IEEE Access, 9:110842-110879. DOI:10.1109/ACCESS.2021.3102215

MARTÍN, R.; YEPES, V. (2021). Bridging the gap between landscape and management within marinas: A review. Land, 10(8), 821. DOI:10.3390/land10080821

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Comparative life cycle analysis of concrete and composite bridges varying steel recycling ratio. Materials, 14(15):4218. DOI:10.3390/ma14154218

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2021). Optimized application of sustainable development strategy in international engineering project management. Mathematics, 9(14):1633. DOI:10.3390/math9141633

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2021). Life cycle assessment of bridges using Bayesian Networks and Fuzzy Mathematics. Applied Sciences, 11(11):4916. DOI:10.3390/app11114916

BIANCHI, P.F.; YEPES, V.; VITORIO, P.C., Jr.; KRIPKA, M. (2021). Study of alternatives for the design of sustainable low-income housing in BrazilSustainability, 13(9):4757. DOI:10.3390/su13094757

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for the structure of single-family homesEnvironmental Impact Assessment Review, 89:106572. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106572

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic completion technique for incomplete higher-order AHP comparison matrices. Mathematics, 9(5):496. DOI:10.3390/math9050496

TANG, M.; LIAO, H.; YEPES, V.; LAURINAVICIUS, A.; TUPENAITE, L. (2021). Quantifiying and mapping the evolution of a leader journal in the field of civil engineering. Journal of Civil Engineering and Management, 27(2):100-116. DOI:10.3846/jcem.2021.14365

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2021). Embodied energy optimization of buttressed earth-retaining walls with hybrid simulated annealing. Applied Sciences, 11(4):1800. DOI:10.3390/app11041800

GARCÍA, J.; ASTORGA, G.; YEPES, V. (2021). An analysis of a KNN perturbation operator: an application to the binarization of continuous metaheuristics. Mathematics, 9(3):225. DOI:10.3390/math9030225.

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2021). Environmental, economic and social impact assessment: study of bridges in China’s five major economic regions. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(1):122. DOI:10.3390/ijerph18010122

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Altavoces de las disciplinas técnicas, clausura de la 3ª Edición del Concurso de Distinciones a la Excelencia en las Prácticas de Alumnado de Ingeniería

Agradezco la invitación recibida por INECO para participar en la clausura de la 3ª Edición del Concurso de Distinciones a la Excelencia en las Prácticas de Alumnado en Ingeniería. Tendrá lugar el viernes 25 de febrero de 2022, a las 10:30 horas, aunque también se podrá seguir el acto por streaming. Se trata de una iniciativa participada, además de INECO, por el Instituto de Ingeniería de España y por la Red de Fundaciones Universidad Empresa. Os dejo al final de este post el programa completo.

Lo primero que me gustaría resaltar es la importancia que tiene en la formación de los estudiantes de ingeniería poder realizar prácticas en las empresas. Es por ello que el reconocimiento de la excelencia en este tipo de actividades considero que es una pieza fundamental en el aprendizaje de nuestros futuros egresados.

En esta ocasión la clausura tratará sobre “Altavoces de las disciplinas técnicas“. Es una mesa moderada por Juan Antonio Martínez Ortega, ingeniero de Caminos, Canales y Puertos en INECO, que fue Premio al ICCP Joven por la Demarcación de Madrid. Compartirán mesa conmigo Carlos Polimón y Pilar Jiménez Abós. En esta pequeña mesa se hablará de la importancia de la comunicación y de las redes sociales en la ingeniería.

A continuación os podéis descargar el programa completo del evento.

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Aquí os dejo el acto completo.

¿Qué hacemos con los valores atípicos (outliers)?

Figura 1. Valor atípico en el diagrama de caja y bigotes

Un valor atípico (outlier, en inglés) es una observación que numéricamente es muy distinta al resto de elementos de una muestra. Estos datos nos pueden causar problemas en la interpretación de lo que ocurre en un proceso o en una población. Por ejemplo, en el cálculo de la resistencia media a compresión simple de unas probetas de hormigón, la mayoría se encuentran entre 25 y 30 MPa. ¿Qué ocurriría si, de repente, medimos una probeta con una resistencia de 60 MPa? La mediana de los datos puede ser 27 MPa, pero la resistencia media podría llegar a 45 MPa. En este caso, la mediana refleja mejor el valor central de la muestra que la media.

La pregunta que nos podemos plantear es inmediata. ¿Qué hacemos con esos valores atípicos? La opción de ignorarlos a veces no es la mejor de las soluciones posibles si pretendemos conocer qué ha pasado con estos valores. Lo bien cierto es que distorsionan los resultados del análisis, por lo que hay que identificarlos y tratarlos de forma adecuada. A veces se excluyen si son resultado de un error, pero otras veces son datos potencialmente interesantes en la detección de anomalías.

Los valores atípicos pueden deberse a errores en la recolección de datos válidos que muestran un comportamiento diferente, pero reflejan la aleatoriedad de la variable en estudio. Es decir, valores que pueden haber aparecido como parte del proceso, aunque parezcan extraños. Si los valores atípicos son parte del proceso, deben conservarse. En cambio, si ocurren por algún tipo de error (medida, codificación…), lo adecuado es su eliminación. En la Tabla 1 se recogen algunas de las causas comunes de los valores atípicos y sus acciones posibles.

Tabla 1. Causas comunes de los valores atípicos. Fuente: Soporte de Minitab(R) 18.

Causa Acciones posibles
Error de entrada de datos Corregir el error y volver a analizar los datos.
Problema del proceso Investigar el proceso para determinar la causa del valor atípico.
Factor faltante Determinar si no se consideró un factor que afecta el proceso.
Probabilidad aleatoria Investigar el proceso y el valor atípico para determinar si este se produjo en virtud de las probabilidades; realice el análisis con y sin el valor atípico para ver su impacto en los resultados.

Los valores atípicos a veces son subjetivos y existen numerosos métodos para clasificarlos. La detección de valores atípicos se puede realizar a nivel univariante usando gráficos sencillos como histogramas o diagramas de caja y bigotes. A nivel bivariante se pueden localizar mediante análisis de diagrama de dispersión o análisis de los residuos. En el ámbito multivariante se pueden descubrir los valores atípicos mediante un análisis de la matriz de residuos.

El método más habitual por su sencillez y resultados es el test de Tukey, que toma como referencia la diferencia entre el primer cuartil (Q1) y el tercer cuartil (Q3), o rango intercuartílico. En un diagrama de caja se considera un valor atípico el que se encuentra 1,5 veces esa distancia de uno de esos cuartiles (atípico leve) o a 3 veces esa distancia (atípico extremo). Se trata de un método paramétrico que supone que la población es normal (Figura 2). No obstante, también existen métodos no paramétricos cuando la muestra no supere la prueba de normalidad correspondiente.

Figura 2. Detección paramétrica de valores atípicos, basado en la curva de distribución normal. Wikipedia

Os dejo algún vídeo donde se explica cómo detectar los valores atípicos.

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Optimización heurística aplicada al diseño automático de forjados de losa postesa

En ese trabajo se muestran las características principales de los forjados de losa postesa obtenidos tras aplicar métodos heurísticos de optimización. Estos forjados presentan ventajas frente a soluciones más convencionales a partir de ciertas luces. El proceso de diseño de estos forjados se puede plantear como un problema de optimización, que abordado con métodos heurísticos puede formularse de un modo totalmente realista. Se pueden encontrar diseños completos de forjados optimizados no solo con criterios de economía, sino también de sostenibilidad, pudiendo comparar ambos casos. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a disponer cantos muy estrictos en los resultados óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad se tiende a hormigones de mayores resistencias que con criterios económicos. Finalmente se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran mucha independencia de los forjados óptimos frente a las variaciones de precios ensayadas.

Palabras clave: 

Optimización, forjados postesados, sostenibilidad, simulated annealing, threshold accepting, old bachelor algorithm

Referencia:

RODRÍGUEZ-CALDERITA, A.M.; ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2013). Optimización heurística aplicada al diseño automático de forjados de losa postesa. 2º Congreso Nacional de la Enseñanza de las Matemáticas en la Ingeniería de Edificación, EIMIE, 18-19 de julio, Valencia, pp. 63-75. ISBN: 978-84-8363-992-4.

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Integración de la rehabilitación estructural de edificios en los entornos BIM

En este artículo continuamos la línea de investigación que está desarrollando nuestro grupo de investigación en relación con BIM. Se trata de un artículo que nos acaban de publicar en archiDOCT y que podéis encontrar también en este enlace.

BIM (Building Information Modeling) es una tecnología líder en la Industria de la Arquitectura, Ingeniería y Construcción (Industria AEC). La mayoría de profesionales están adoptando esta tecnología en su día a día, mejorando sus capacidades. Otra gran tendencia en la industria AEC es la rehabilitación de edificios fuera de uso o antiguos y su adaptación a las nuevas demandas. Últimamente, la renovación y rehabilitación de edificios ha producido más ingresos que la construcción de nuevos edificios en el mercado inmobiliario español. El uso de BIM para los edificios existentes combina las capacidades de gestión de datos de BIM con las tendencias económicas del sector dando a los profesionales nuevas herramientas para adaptar esos edificios. El refuerzo estructural puede ser necesario durante las rehabilitaciones por lo que se suele realizar un peritaje estructural.

En este trabajo, hemos creado una herramienta vinculada a Autodesk Revit que puede extraer los datos necesarios del modelo BIM y realizar una prueba de peritaje a una viga de hormigón. Utilizando BIM para este fin, se pueden utilizar los datos almacenados para determinar la necesidad de refuerzo estructural y ofrecer al profesional más control sobre el proyecto. El uso de esos datos acorta los plazos y evita errores y descuidos en el diseño. Como el modelo de información del edificio es una base de datos rica en información, puede proporcionar los datos necesarios para garantizar el análisis. Se realiza un estudio de caso que muestra las capacidades de la herramienta. La investigación contribuye a integrar la rehabilitación estructural en los entornos BIM reduciendo la redundancia en el software y unificando tanto el almacenamiento como el análisis de datos a través de la metodología BIM.

ABSTRACT:

Building Information Modelling (BIM) is a leading technology in the Architecture, Engineering and Construction Industry (AEC Industry) and nowadays is being adopted for most professionals and improving its capabilities. There is another big trend in the AEC Industries, the rehabilitation of unused or old buildings and its adaptation to the new demands. Lately, building renovation and rehabilitation have produced more income than the construction of new buildings in the Spanish housing market. The use of BIM for existing buildings combines the BIM data management abilities with the economic trends in the industry giving the professionals new tools to adapt those buildings. Structural reinforcement may be needed during the rehabilitations so structural expertise is usually performed. In this paper, we have created a tool linked to Autodesk Revit that can extract the necessary data from the BIM model and perform an expertise test through a concrete beam. By using BIM for this purpose, we can use the data stored in the BIM model to determine the necessity or not of structural reinforcement and give the professional more control over the project. The use of that stored data shortens the working time for the professional and avoids errors and oversights in the design. Since the building information model is a rich information database it can provide the necessary data to ensure the analysis. A case study is performed showing the capabilities of the tool. The research contributes to integrating structural rehabilitation into the BIM environments reducing the redundancy in software and unifying both, data storage and data analysis via the BIM methodology.

Keywords:

BIM; structural design; architectural risk; renovation; structural expertise; BPS tools.

Referencia:

FERNÁNDEZ-MORA, V.; YEPES, V. (2022). Structural Expertise Through BIM. ArchiDOCT, Vol.17.2, Issue 9(2).

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Las unidades de inspección según el Código Estructural

El concepto de “lote de inspección” no ha cambiado con el reciente Código Estructural. El Artículo 17.1 lo define el “como conjunto de actividades, correspondientes a un mismo proceso de ejecución, que es sometido a control para la recepción de un lote de ejecución“. Pero sí que se desarrolla con mayor detalle, con novedades que interesa conocer.

Recordemos que el plan de control de calidad del proyecto define los correspondientes lotes de control y unidades de inspección (Art. 19), describiendo para cada caso las comprobaciones a realizar y los criterios a seguir en el caso de no conformidad. La programación del autocontrol también determinará los lotes de ejecución, las unidades de inspección y las frecuencias de comprobación.

Esquema de la relación entre unidades de inspección y procesos de ejecución

Sin embargo, hay novedades importantes que debemos resaltar respecto a la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. Vamos a comentarlas con algún detalle:

  • El Artículo 63.2 del Código Estructural es el que se ocupa de las unidades de inspección. Se vuelve a definir el concepto, pero introduce alguna contradicción que conviene resaltar. Lo primero es que el tamaño máximo de la unidad lo define la tabla 63.2, pero lo que llama la atención es que ahora se indica que “puede implicar a diferentes lotes de ejecución“.
  • Se desvanece en el Código la mención a que el tamaño máximo de la unidad de inspección debía de poder comprobarse en una visita de obra. No obstante, parece que el articulado pretende reflejar la parte de un proceso o actividad que, con carácter general, puede verificarse en una visita.
  • La inspección de estas unidades, tal y como indica el plan de obra, no solo la desarrollará la dirección facultativa, o en su caso, la entidad de control, sino que el propio constructor también tiene obligación de hacerla en función de su programación del autocontrol.
  • Lo más llamativo es el detalle en la definición de las unidades de inspección. Se definen en función del proceso de ejecución o actividad (tabla 63.2.a), o del tipo de elemento (tabla 63.2.b). La anterior EHE-08 disponía únicamente de la tabla 92.5 donde se definía el tamaño máximo de la unidad de inspección en función de los procesos y actividades de ejecución, al igual que la tabla 63.2.a, pero con menor detalle. Los comentarios de la EHE-08 nos advertían que la tabla 92.5 era orientativa, cosa que ahora no ocurre en las tablas correspondientes del Artículo 63.2 del Código Estructural.
  • Desaparece del Código la prerrogativa que tenía la dirección facultativa de duplicar los tamaños máximos de la unidad de inspección. Era el caso de obras de ingeniería de pequeña importancia, así como en obras de edificación sin especial complejidad estructural (formadas por vigas, pilares y forjados convencionales no pretensados, con luces de hasta 6,00 m y un número de niveles de forjado no superior a siete). Como se puede ver, el Código no distingue entre obras pequeñas o grandes, simples o complejas.
  • Por último, el actual Código define las frecuencias de comprobación para los lotes de ejecución y las unidades de inspección. Se ha desarrollado el Anejo 15 para las estructuras de hormigón, y el Anejo 17 para las de acero, ambos con carácter orientativo.

En este vídeo que os he grabado se explican las unidades de inspección. Espero que os sea de interés.

Os dejo a continuación la transcripción del artículo 63.2 del Código Estructural para su consulta.

63.2 Unidades de inspección.

A los efectos de este Código, se entiende por unidad de inspección el conjunto de actividades asociadas a un determinado proceso de ejecución, cuyo tamaño máximo viene definido por lo indicado en la tabla 63.2 y que puede implicar a diferentes lotes de ejecución.

Para cada lote de ejecución, el programa de control identificará cada uno de los procesos de ejecución que deben llevarse a cabo en función del tipo de elemento y sus características.

Para cada lote de ejecución y para cada uno de los procesos, el programa de control definirá las unidades de inspección sobre las que se desarrollará el control de la conformidad de la ejecución.

En función de los desarrollos de procesos y actividades previstos en el plan de obra, en cada inspección a la obra desarrollada por el constructor, por la dirección facultativa o, en su caso, por la entidad de control, podrá comprobarse un determinado número de unidades de inspección, las cuales, pueden corresponder a uno o más lotes de ejecución.

Para la definición de las posibles unidades de inspección en cada lote de ejecución, el programa de control identificará la totalidad de los procesos y actividades susceptibles de ser inspeccionadas, de acuerdo con lo previsto en este Código.

Las unidades de inspección se definirán en función del proceso de ejecución o actividad, o del tipo de elemento al que corresponden, según se indica en las tablas 63.2.a y 63.2.b.

Una vez definidos los lotes de ejecución y las unidades de inspección, se debe definir para cada unidad de inspección las frecuencias de comprobación. De forma orientativa, el Anejo 15 define las frecuencias de comprobación para las unidades de inspección de la ejecución de estructuras de hormigón.

Resulta interesante recoger los comentarios que realiza el Código de este apartado:

“La identificación de un tamaño máximo de la unidad de la inspección que hace el articulado pretende reflejar la parte de un proceso o actividad que, con carácter general, puede ser comprobable en una visita a la obra de la dirección facultativa o, en su caso, de la entidad de control.

Por otra parte, el número de posibles unidades de inspección depende en gran medida de los medios disponibles en cada obra. A título de ejemplo, en el caso del vertido del hormigón, el volumen de obra ejecutado en una jornada vendrá condicionada por los medios habilitados por el constructor, número de bombas, capacidad de la central, personal disponible, etc.

La tabla 63.2.a tiene como finalidad definir unos valores orientativos que pudieran servir como referencia inicial. No obstante,en función del tipo de obra (edificación, puentes, etc.), de las características de la misma y coherentemente con la necesidad de adaptación que establece el Artículo 19, los valores de dicha tabla podrían ser objeto de modificación en el correspondiente programa de control aprobado por la dirección facultativa.

Para cada actividad de obra se deberán definir la totalidad de los procesos de ejecución implicados y que están recogidos en las tablas 63.2a y 63.2b. Por proceso deberá estar indicado el tamaño de la  unidad de inspección que aplique en cada caso, así como la frecuencia de comprobación de las mismas. Para establecer las frecuencias se han incluido en el Anejo 15 diferentes tablas según el nivel y tipo de control establecido. Estas frecuencias deberán adaptarse a las particularidades de cada proyecto y forma de ejecución.

De forma práctica, es recomendable planificar estas operaciones de control por actividad (cimentación, muros, pilares, losas, etc.), en un “Programa de Puntos de Inspección” donde se incluyan por ejemplo:

      • Las operaciones a controlar
      • Las unidades de inspección máximas
      • Los procedimientos o normas que regulan las verificaciones de la conformidad de cada inspección, así como las especificaciones de aceptación.
      • La ubicación y la frecuencia o intensidad de las inspecciones.
      • La forma de documentar los resultados
      • La persona responsable de la inspección.
      • Los puntos de espera o parada a respetar en cada proceso.
      • Cualquier comentario u observación aclaratoria.

En la página web del Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana se incluye un enlace donde se puede acceder a unas tablas editables para la elaboración de los Programas de Puntos de Inspección”.

También os dejo, para su consulta, el Anejo 15, frecuencias de comprobación de las unidades de inspección en la ejecución de estructuras de hormigón. Como novedad destaca la opción simplificada dentro del nivel de control normal, para el control de los procesos de ejecución. Esta opción se puede emplear en obras de edificación sin especial complejidad estructural (formadas por vigas, pilares y forjados convencionales no pretensados, con luces de hasta 6,00 metros y un número de niveles de forjado no superior a diez). Esta opción facilita una programación del control más sencilla. En efecto, no es necesario determinar el número de unidades de inspección para cada proceso de ejecución, sino que directamente se obtienen las comprobaciones mínimas que hay que realizar en cada proceso de ejecución por tipo de elemento para la aceptación de cada lote.

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Cálculo de la consistencia y el vector propio en AHP

En varios artículos de este blog hemos descrito distintos aspectos del Proceso Analítico Jerárquico (Analytic Hierarchy Process, AHP). Se trata de una técnica de decisión Multicriterio propuesta por T.L. Saaty que combina aspectos tangibles e intangibles para obtener, en una escala de razón, las prioridades asociadas con las alternativas del problema. No obstante, AHP presenta limitaciones que debemos conocer antes de utilizar este método.

Pues bien, una de las ventajas de AHP es que permite medir la consistencia del decisor al emitir sus juicios. Este aspecto es muy relevante, puesto que si decimos que A>B y que B>C, no podemos decir que A<C. Este aspecto es de gran interés cuando consultamos a expertos en una materia para comprobar que la información que nos facilita es correcta. Si la consistencia es aceptable, se puede continuar con el proceso de decisión. Pero si no lo es, entonces el que toma las decisiones debe replantearse sus juicios sobre las comparaciones pareadas antes de continuar con el análisis.

Saaty sugiere para el método AHP convencional (en el que se utiliza el método del autovector principal para obtener las prioridades), que la inconsistencia sea capturada mediante un único valor denominado índice de consistencia (Consistency Index, CI) donde λmax es el máximo autovalor y n es la dimensión de la matriz de decisión. Un índice de consistencia igual a cero significa que la consistencia es completa. Como esta medida depende del orden de la matriz (n), Saaty propone la utilización de la Razón de Consistencia (CR) que se obtiene dividiendo CI por su valor esperado RI, calculado a partir de un gran número de matrices recíprocas positivas de orden n generadas aleatoriamente (Tabla 1). Por tanto, una vez la matriz es consistente siempre y cuando CR no supere los valores indicados en la Tabla 2. Si en una matriz se supera el CR máximo, hay que revisar las ponderaciones.

Donde RI es el índice aleatorio, que indica la consistencia de una matriz aleatoria (Tabla 1):

Tabla 1. Índice aleatorio RI

 

Tabla 2. Porcentajes máximos del ratio de consistencia CR

Una vez verificada la consistencia, se obtienen los pesos, que representan la importancia relativa de cada criterio o las prioridades de las diferentes alternativas respecto a un determinado criterio. Para ello, el AHP original utiliza el método del autovector principal por la derecha, basado en el teorema de Perron-Frobenius, donde hay que resolver la siguiente ecuación:

donde A representa la matriz de comparación, w el autovector o vector de preferencia, y λmax el autovalor.

En la práctica, el vector de los pesos w=(w1, w2,…, wn) se obtiene (método de las potencias) elevando la matriz de juicios a una potencia suficientemente grande, sumando por filas y normalizando estos valores mediante la división de la suma de cada fila por la suma total. El proceso concluye cuando la diferencia entre dos potencias consecutivas sea pequeña.

Sin embargo, este vector de los pesos de cada alternativa también se pueden calcular por el método de la media geométrica por filas (Crawford y Williams, 1985). En este caso, el peso de cada prioridad se calcula como la media geométrica por filas normalizado a la suma de las medias geométricas de todas las filas. Este método se está utilizando ampliamente en los últimos años por sus propiedades matemáticas y sociológicas. Los resultados de este método, comparados con el cálculo del autovector, son parecidos, aunque su cálculo es más sencillo.

De todas formas, os dejo un vídeo del profesor Aznar donde se explica con cierto detalle cómo calcular la consistencia y el autovector. Espero que os sea de utilidad.

Referencias:

AZNAR, J.; GUIJARRO, F. (2012). Nuevos métodos de valoración: modelos multicriterio. Editorial Universitat Politècnica de València.

CRAWFORD, G.; WILLIAMS, C. (1985). A note on the analysis of subjective judgement matrices. Journal of Mathematical Psychology, 29:387-405.

SAATY, T.L. (1980). The Analytic Hierarchy Process: Planning, Priority Setting, Resource Allocation, McGraw-Hill.

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División de las estructuras de hormigón en lotes de ejecución según el Código Estructural

Uno de los conceptos que no ha cambiado en ámbito del control de la calidad de las estructuras es lo que se entiende por lote de ejecución. En el Artículo 17.1 del Código Estructural, se define como la parte de la obra cuya ejecución se somete a aceptación en su conjunto. Sin embargo, existen diferencias entre lo expresado por el Código y lo que anteriormente estaba estipulado en la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08.

  • El cambio más evidente se encuentra en la actual tabla 63.1 que define el tamaño máximo de los lotes de ejecución. A diferencia de la anterior tabla 92.4 de la EHE-08, ha desaparecido la clasificación por tipo de obra. Tampoco aparece la división entre elementos de cimentación, elementos horizontales y otros elementos. La vigente tabla 63.1 establece el número de elementos o dimensión del lote de ejecución atendiendo exclusivamente al tipo de elemento.
  • Además, hay cambios significativos que conviene tener en cuenta. A modo de ejemplo, en el caso de elementos de cimentación de edificios, la EHE-08 establecía lotes de ejecución correspondientes a 250 m2 de superficie y 50 m en el caso de pantallas. En el Código, para el mismo caso, se mantienen los 250 m2 de superficie, pero se añade que no se deben rebasar 10 elementos. Además, los 50 m de las pantallas se encuadran dentro del tipo de elemento denominado “pilares y muros portantes de edificación”. También se incluye la jornada de trabajo como criterio para determinar el tamaño del lote, cosa que no ocurría en el anterior articulado. Otro ejemplo, sin querer ser exhaustivo, es que desaparece el lote de ejecución de 200 m3 de pilas de puente. En cualquier caso, hay que cumplir con la condición más restrictiva para definir el lote de ejecución.
  • Otra de las novedades importantes es que el Código explicita que, en el caso de no encontrarse alguno de los elementos de la tabla 63.1, entonces será el pliego de prescripciones técnicas particulares del proyecto el que deberá definir el tamaño máximo del lote de ejecución. Volvemos a ver la importancia que otorga el Código al proyecto de ejecución.
  • Asimismo hay un matiz que estimamos de importancia. No se permite rebasar el tamaño del lote indicado en las tablas correspondientes, ni con la normativa anterior ni con la actual. Sin embargo, en los comentarios de la EHE-08 se daba una salida airosa al caso de que no se pudiera ajustar el lote exactamente a los límites establecidos. En dicho caso la nueva dimensión del lote debería estar justificada en el programa de control, que recordemos, debe estar aprobado por la dirección facultativa. Este comentario es razonable y debería tenerse en cuenta también en el nuevo Código.

He grabado un vídeo explicativo de la programación del control de ejecución en las estructuras de hormigón, donde se habla de los lotes de ejecución, pero también de las unidades de inspección. Espero que os sea de interés.

Os dejo a continuación la transcripción del artículo 63.1 del Código Estructural para su consulta.

Artículo 63.1 Lotes de ejecución.

El Programa de control aprobado por la dirección facultativa contemplará una división de la obra en lotes de ejecución, coherentes con el desarrollo previsto en el plan de obra para la ejecución de la misma y conformes con los siguientes criterios:

a) se corresponderán con partes sucesivas en el proceso de ejecución de la obra,

b) no se mezclarán elementos de tipología estructural distinta, que pertenezcan a filas diferentes en la tabla 63.1,

c) el tamaño del lote no será superior al indicado, en función del tipo de elementos, en la tabla 63.1.

Tabla 63.1 Tamaño máximo de los lotes de ejecución

En el caso de otros elementos diferentes de los indicados en la tabla 63.1, el pliego de prescripciones técnicas particulares del proyecto establecerá los criterios necesarios para definir el tamaño máximo del lote de ejecución.

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La relación entre el puente de Brooklyn y la independencia de Cuba

El puente de Brooklyn se inauguró el 24 de mayo de 1884. https://www.lanacion.com.ar/lifestyle/la-tragica-inauguracion-del-puente-brooklyn-panico-nid2370692/

Un día comenté en redes sociales que hablaría de la conexión que existe entre el puente de Brooklyn y la independencia de Cuba. Parecen dos hechos aislados en el espacio y casi en el tiempo, pero existe un vínculo de unión en el escritor, periodista, poeta y político José Julián Martí Pérez, conocido simplemente como José Martí (1853-1895).

Aunque nacido en La Habana, su padre fue valenciano y su madre tinerfeña. Pasó su primera infancia en Valencia y cursó su Segunda Enseñanza en La Habana. Estudió Derecho y Filosofía y Letras en la Universidad de Zaragoza y empezaron sus inquietudes políticas. Por cierto, que no pudo recoger sus títulos por falta de dinero para que se los expidieran (aunque la Universidad de Zaragoza corrigió esta situación en 1995 a título póstumo). A partir de su vuelta a La Habana, en 1878, empezó sus labores conspirativas y revolucionarias proclives a la independencia cubana. Fue nombrado subdelegado de la isla por el Comité Revolucionario Cubano, que, curiosamente, estaba radicado en Nueva York. Desde allí se organizó el partido cuyo principal objetivo era lograr la independencia de Cuba.

Soldados españoles durante la Guerra de Cuba armados con Maüsers y preparados para una emboscada en diciembre de 1895. Fotografía de autor desconocido. https://www.larazon.es/cultura/20210128/5t24eaizl5artm474chka7v6gm.html
José Martí, uno de los líderes independentistas cubanos. Wikipedia.

Este es el contexto por el cual José Martí trabajó como periodista en Nueva York entre 1880 y 1885. Pues bien, tal y como nos relata José Ramón Navarro Vera (2021) en su reciente libro “De la utopía al desencanto“, Martí tuvo la ocasión de escribir dos artículos con motivo de la inauguración del puente de Brooklyn, el 24 de mayo de 1883. Fueron “El puente de Brooklyn“, publicado en Las Américas de esa ciudad en junio, y “Los ingenieros del puente de Brooklyn” en agosto del año de la inauguración en La Nación de Buenos Aires.

No solo se trató del primer homenaje en español al puente de Roebling, sino que son textos que, superando el ámbito puramente periodístico, destacan por la prosa poética de su autor. Martí describe la construcción del coloso “por hombres tallados en granito“, donde sus artículos pasan a ser verdaderos poemas épicos: “Como crece un poema en la mente del bardo, así creció el puente en la mente de Roebling“.

Sin embargo, no quiero desvelar aquí los pasajes que dedicó José Martí a la inauguración del puente ni a los elogios de sus ingenieros. Para eso me remito al libro de José Ramón, que seguro no conseguirá defraudar a nadie. También os he dejado al final de este artículo los dos textos originales para que podáis disfrutar de su lectura. Para Martí se funde en el puente de Brooklyn el espíritu y el genio técnico de los Roebling con el esfuerzo y sacrificio de los trabajadores que lo construyeron.

Y más os sorprenderá su definición poética de lo que significa un puente: “brazo poderoso de la mente humana“, símbolo de libertad y paz, “los puentes son las fortalezas del mundo moderno. Mejor que abrir pechos es juntar ciudades“. Pero no deja de sorprender, aparte de lo poético de sus texto, la amplia y completa documentación que disponía de los aspectos técnicos del puente, en especial de su cimentación. De esto ya hablamos en este mismo blog cuando describíamos los cajones neumáticos: “Ved como a medida que limpian la base aquellos heroicos trabajadores febriles, en cuyo cerebro hinchado la sangre precipitada se aglomera“.

Por cierto, hoy 11 de febrero, que es el Día Internacional de la Mujer y la Niña en la Ciencia, me gustaría reivindicar la figura de Emily Warren Roebling. Si el Puente de Brooklyn existe, es por el empeño de esta mujer. Pero su figura merece un artículo entero que me comprometo a hacer más adelante.

Emily Warren Roebling. https://es.wikipedia.org/wiki/Emily_Warren_Roebling

Hasta aquí puedo leer. Os dejo con la curiosidad de profundizar en la figura y obra de José Martí y del puente de Brooklyn a través de sus escritos. Podéis ver unos vídeos al respecto y los textos originales de Martí.

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Referencia:

Navarro Vera, J.R. (2021). De la utopía al desencanto. Un paseo por la ingeniería y la literatura. Publicacions Universitat d’Alacant.

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