Tatiana García Segura, Junior Award IALCCE 2018

Es un honor haber dirigido la tesis doctoral de Tatiana García Segura “Efficient design of post-tensioned concrete box-girder road bridges based on sustainable multi-objective criteria”. Esta joven doctora ingeniera de caminos acaba de recibir el Premio Internacional al mejor investigador joven del mundo en el ámbito del análisis de estructuras e infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida. Se trata del Junior Award IALCCE 2018, que premia al mejor investigador, con una edad menor a 42 años. Es la primera vez que un español gana este galardón, lo cual es un hito para la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia y para la Universitat Politècnica de València.

Tatiana, que fue becaria FPI del proyecto de investigación HORSOST e investigadora del ICITECH,  ya ganó el primer premio Cemex en sostenibilidad por su trabajo fin de máster “Métricas para el diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo”Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón, desarrollado dentro del . En este momento, es profesora ayudante doctor en el Departamento de Ingeniería de la Construcción y Proyectos de Ingeniería Civil, e investigadora en los proyectos BRIDLIFE y DIMALIFE. Un futuro muy brillante para esta joven investigadora y profesora.

En la fotografía, de izquierda a derecha, Tatiana García Segura, Dan M. Frangopol y Víctor Yepes

A continuación os dejo un listado de los artículos científicos indexados en revistas de fuerte impacto del JCR donde ha participado Tatiana hasta este momento.

Referencias:

  1. GARCÍA-SEGURA, T.; PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V. (2018). Sustainable bridge design by metamodel-assisted multi-objective optimization and decision-making under uncertainty.  Journal of Cleaner Production, 202:904-915. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.177
  2. 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 (link)
  3. SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects.  Journal of Cleaner Production, 176:521-534. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.140
  4. 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 (link)
  5. GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M.; YANG, D.Y. (2017). Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges. Engineering Structures, 145:381-391. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013 OPEN ACCESS
  6. GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M. (2017). 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
  7. 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
  8. MOLINA-MORENO, F.; GARCÍA-SEGURA; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Optimization of Buttressed Earth-Retaining Walls using Hybrid Harmony Search Algorithms. Engineering Structures, 134:205-216. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.12.042
  9. ZASTROW, P.; MOLINA-MORENO, F.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Life cycle assessment of cost-optimized buttress earth-retaining walls: a parametric study. Journal of Cleaner Production, 140:1037-1048. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.10.085
  10. PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12):1295. DOI:10.3390/su8121295
  11. GARCÍA-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. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.
  12. 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
  13. GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PÉREZ-LÓPEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)
  14. YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. doi:10.1016/j.acme.2015.05.001
  15. 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 (link)
  16. GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2014). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithmLatin American Journal of Solids and Structures,  11(7):1190 – 1205. ISSN: 1679-7817. (link)
  17. GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link) (descargar versión autor)

 

Repercusión en la prensa:

https://www.lasprovincias.es/comunitat/mejor-ingeniera-civil-20181109011059-ntvo.html

https://www.lavanguardia.com/local/valencia/20181108/452802983492/una-ingeniera-de-la-upv-gana-un-premio-internacional-de-infraestructura-civil.html

https://www.elperiodic.com/valencia/noticias/592636_tatiana-garcia-primera-ingeniera-espanola-galardonada-international-association-life-cycle-civil-engineering-ialcce.html

https://www.20minutos.es/noticia/3486001/0/profesora-upv-primera-ingeniera-espanola-premiada-por-association-for-life-cycle-civil-engineering/

https://innovadores.larazon.es/es/not/una-espanola-mejor-investigadora-joven-del-mundo-en-infraestructura-civil

https://www.levante-emv.com/comunitat-valenciana/2018/11/08/profesora-upv-mejor-investigadora-joven/1792521.html

https://www.europapress.es/comunitat-valenciana/noticia-profesora-upv-primera-ingeniera-espanola-premiada-association-for-life-cycle-civil-engineering-20181108115129.html

http://www.upv.es/noticias-upv/noticia-10576-tatiana-garcia-es.html

 

Categorías para los aspectos e impactos sociales de los edificios

La evaluación del comportamiento social de los edificios no es una tarea sencilla, sobre todo cuando se trata de comparar objetivamente edificios distintos o bien cuando se trata de determinar el grado en el que el edificio alcanza o supera los requisitos mínimos. Esta evaluación debe aplicar medidas relacionadas con los aspectos y los impactos sociales durante el ciclo de vida del edificio. Pues bien, la norma europea EN-15643-3 establece el marco para la evaluación del comportamiento social de un edificio, como parte de la evaluación de su sostenibilidad. Esta norma forma parte de una serie elaborada por el Comité Técnico CEN/TC 350.

La norma citada ha establecido una serie de categorías para describir los aspectos e impactos vinculados con el comportamiento social de los edificios. A continuación se da un repaso a dichas categorías.

Accesibilidad

Es la capacidad de un espacio que permite entrar con facilidad. Puede incluir los siguientes aspectos:

  • accesibilidad de personas con necesidades específicas
  • accesibilidad a los servicios del edificio

 

Adaptabilidad

Es la capacidad del objeto de la evaluación, o parte del mismo, para ser cambiado o modificado de forma que sea adecuado para un uso específico. Puede incluir los siguientes aspectos:

  • capacidad de acomodarse a los requisitos del usuario individual
  • capacidad de acomodarse al cambio en los requisitos del usuario
  • capacidad de acomodarse a los cambios técnicos
  • capacidad de acomodarse a los cambios de uso

 

Salud y confort

Incluye los siguientes aspectos:

  • características acústicas
  • características de la calidad del aire interior
  • características de confort visual
  • características de calidad del agua
  • características electromagnéticas
  • características espaciales
  • características térmicas

 

Cargas al vecindario

Debe incluir:

  • ruido
  • emisiones al aire exterior, liberación al suelo y al agua
  • deslumbramiento y sobresombreamiento
  • golpes y vibraciones
  • efectos del viento localizados

 

Mantenimiento

Debe incluir las operaciones de mantenimiento (incluyendo los aspectos de salud y confort para el usuario del edificio y las cargas al vecindario).

 

Seguridad

La evaluación de la seguridad de las personas y bienes debe incluir:

  • resistencia al cambio climático (resistencia a la lluvia, al viento, a la nieve, a las inundaciones, radiación solar, a la temperatura)
  • resistencia a acciones accidentales (terremotos, explosiones, fuego, impactos de tráfico)
  • seguridad de las personas y los bienes frente a intrusos y vandalismo
  • seguridad de los bienes frente interrupciones de suministros

 

Implicación de las partes interesadas

Debe incluir la oportunidad de las partes interesadas de participar en el proceso de toma de decisiones para la realización de un edificio.

Referencia:

AENOR (2012). UNE-EN 15643-3. Sostenibilidad en la construcción. Evaluación de la sostenibilidad de los edificios. Parte 3: Marco para la evaluación del comportamiento social.

 

¿Qué indicadores se usan en la evaluación del comportamiento ambiental de los edificios?

http://www.ecohabitar.org/predecir-el-impacto-ambiental-de-la-construccion-de-edificios/

No resulta sencillo seleccionar qué indicadores son los más adecuados para evaluar el comportamiento ambiental de un edificio. Estos indicadores deberían cuantificar los impactos y los aspectos ambientales del edificio durante su ciclo de vida completo, debiendo ser relativamente sencillos en su utilización y comprensión. Recordemos que un aspecto ambiental es el elemento de las actividades, productos o servicios de una organización que puede interactuar con el medio ambiente, mientras que el impacto ambiental es cualquier cambio en el medio ambiente, ya sea adverso o beneficioso, como resultado total o parcial de los aspectos ambientales de una organización.

Para que la cuantificación anterior sea efectiva, deberíamos ponernos de acuerdo en aquellos indicadores para los que existen métodos de cálculo aceptados en el contexto del análisis de ciclo de vida (ACV). Así, por ejemplo, indicadores de interés como la toxicidad humana, la eco-toxicidad, la biodiversidad o el uso del suelo son relevantes, pero no existe un consenso en el método de cálculo que permita comparaciones objetivas.

Los indicadores deben ayudar a la toma de decisiones, para lo cual se deben analizar los cambios la variación de los cambios en el tiempo y el desarrollo de cambios con respecto a los objetivos preestablecidos. Para ello, se les debe exigir que sean objetivos y que sus resultados se puedan reproducir.

La Norma europea EN 15978Sustainability of construction works. Assessment of environmental performance of buildings. Calculation method” proporciona unas tablas con aquellos indicadores de los que existen métodos de cálculo aceptados. Estos indicadores describen impactos ambientales, uso de recursos e información ambiental adicional.

Indicadores que describen impactos ambientales:

  • Potencial de calentamiento global, GWP (Global warming potential)
  • Potencial de agotamiento de la capa de ozono estratosférica, ODP (Depletion potential of the stratospheric ozone layer)
  • Potencial de acidificación de tierra y agua, AP (Acidification potential of land and water)
  • Potencial de eutrofización, EP (Eutrophication potential)
  • Potencial de formación de oxidantes fotoquímicos del ozono troposférico, POCP (Formation potential of tropospheric ozone photochemical oxidants)
  • Potencial de agotamiento de recursos abióticos para elementos, ADP_elementos (Abiotic Resource Depletion Potential for elements)
  • Potencial de agotamiento de recursos abióticos para combustibles fósiles, ADP_combustibles fósiles (Abiotic Resource Depletion Potential of fossil fuels)

 

Indicadores que describen uso de recursos:

  • Uso de energía primaria no renovable excluyendo los recursos de energía utilizados como materia prima
  • Uso de recursos energía primaria renovable utilizados como materia prima
  • Uso de energía primaria no renovable excluyendo los recursos de energía utilizados como materia prima
  • Uso de recursos energía primaria no renovable utilizados como materia prima
  • Uso de materiales secundarios
  • Uso de combustibles secundarios renovables
  • Potencial de agotamiento de recursos abióticos para elementos, ADP_elementos (Abiotic Resource Depletion Potential for elements)
  • Potencial de agotamiento de recursos abióticos para combustibles fósiles, ADP_combustibles fósiles (Abiotic Resource Depletion Potential of fossil fuels)

 

Indicadores que describen la información ambiental adicional:

Indicadores que describen categorías de residuos

  • Residuos peligrosos vertidos
  • Residuos no peligrosos vertidos
  • Residuos radioactivos vertidos

 

Indicadores que describen los flujos de salida que abandonan el sistema

  • Componentes para reutilización
  • Materiales para el reciclaje
  • Materiales para valorización energética (que no sean residuos para incineración)
  • Energía exportada

 

Referencia:

AENOR (2012). UNE-EN 15978. Sostenibilidad en la construcción. Evaluación de la sostenibilidad de los edificios. Métodos de cálculo.

Evaluación de la sostenibilidad en los edificios

Figura 1. Maison solaire écoologique, île Sainte-Hélène. By Benoit Rochon [CC BY 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/3.0)], from Wikimedia Commons

El Comité Técnico CEN/TC 350Sostenibilidad en la construcción” ha estado desarrollando normativa para materializar el concepto de sostenibilidad en el sector de la edificación. No solo se trata de normalizar la variable medioambiental, sino que se trata de integrar también los factores económicos y sociales para obtener una visión de conjunto. El referente normativo era necesario debido a la amplia proliferación de métodos de evaluación en los últimos años, desde la aparición del sistema BREEAM (BRE Environmental Assessment Method), en 1992, que ofreció el primer método de etiquetado de edificios. La gran proliferación de métodos, instrumentos y herramientas de evaluación presentan, en general, como desventaja más destacable, el que no proporcionan información sobre los efectos y, en no pocas ocasiones, no permiten un análisis comparativo con el objetivo de plantear acciones de mejora. Todo ello motivó la propuesta de un marco genérico de evaluación de la sostenibilidad (establecido a nivel internacional en la ISO 21929-1:2011 y en el ámbito europeo por la EN 15643-1:2010). En este sentido, se trataba de establecer una valoración de la sostenibilidad con indicadores cualitativos que se midan sin entrar en juicios de valor, capaces de cuantificar los impactos y los aspectos del comportamiento ambiental, social y económico de los edificios.

Se trata, por tanto, de establecer un estándar para comparar objetivamente los resultados de la evaluación de un edificio o una parte del mismo. Para ello se utilizan distintos tipos de información para establecer valores para los diferentes tipos de indicadores e información sobre los escenarios y las etapas del ciclo de vida incluidas en la evaluación. En la Figura 2 se muestra cómo la evaluación supone que el modelo descriptivo, con sus especificaciones técnicas y funcionales básicas, se ha definido por la reglamentación o en el pliego de condiciones del cliente.

 

Figura 2. Concepto de evaluación de la sostenibilidad de edificios. Fuente: UNE-EN 15643-1

La Norma que proporciona el marco metodológico con los principios, requisitos y directrices para la evaluación de la sostenibilidad de los edificios es la EN 15643-1. Dicha Norma establece que los objetivos de la evaluación son, en primer lugar, determinar los impactos y aspectos del edificio y de su parcela y, en segundo lugar, permitir al cliente, al usuario y al arquitecto tomar decisiones y seleccionar alternativas que ayuden a considerar la necesario sostenibilidad de los edificios.

Por otra parte, la satisfacción de los requisitos técnicos y funcionales establecidos en el pliego de condiciones del cliente o bien en las especificaciones del proyecto, generan impactos y aspectos ambientales, sociales y económicos, que pueden ser positivos o negativos, y que pueden persistir durante el ciclo de vida completo del edificio, incluso pudiendo continuar después del desmantelamiento y la demolición.

Otro de los conceptos a tener en cuenta es el denominado “equivalente funcional“. Se trata de una referencia para poder comparar los resultados de las evaluaciones del comportamiento ambiental, social y económico del edificio. Se utiliza, por tanto, el mismo equivalente funcional en la evaluación de cada una de las dimensiones individuales de la sostenibilidad. Este equivalente funcional debe incluir información, al menos, de los siguiente: (a) tipología del edificio (fábrica, oficina, etc.); (b) perfil de uso (residencia, hospital, etc.); (c) requisitos técnicos y funcionales pertinentes; y (d) vida útil requerida.

Referencias:

AENOR (2012). UNE-EN 15643-1. Sostenibilidad en la construcción. Evaluación de la sostenibilidad de los edificios. Parte 1: Margo general.

MOLINA-MORENO, F.; YEPES, V. (2015). Comparative analysis of the assessment proposed by sustainability assessment tools in Building Constructions. 6th European Conference on Energy Efficiency and Sustainability in Architecture and Planning, Donostia-San Sebastián (Spain), 29 june – 1 july,  pp. 143-148. ISBN: 978-84-9082-174-9

OWENSBY-CONTE, D.; YEPES, V. (2012). Green Buildings: Analysis of State of Knowledge. International Journal of Construction Engineering and Management, 1(3):27-32. doi: 10.5923/j.ijcem.20120103.03.

 

 

Optimización del mantenimiento basado en la fiabilidad bajo una perspectiva de ciclo de vida

Nos acaban de publicar en la revista de Elsevier del primer cuartil, Environmental Impact Assessment Review, un artículo donde se optimiza el mantenimiento de un puente considerando el ciclo de vida. Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación DIMALIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 28 de noviembre de 2018 en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/a/1XsSkiZ5swxk7

 

 

Abstract:

Sustainability is of paramount importance when facing the design of long lasting, maintenance demanding structures. In particular, a sustainable life cycle design for concrete structure exposed to aggressive environments may lead to significant economic savings, and to reduced environmental consequences. The present study evaluates 18 different design alternatives for an existing concrete bridge deck exposed to chlorides, analyzing the economic and environmental impacts associated with each design as a function of the maintenance interval chosen. Results are illustrated in the context of a reliability-based maintenance optimization on both life cycle costs and life cycle environmental impacts. Maintenance optimization results in significant reductions of life cycle impacts if compared to the damage resulting from performing the maintenance actions when the end of the service life of the structure is reached. The use of concrete with 10% silica fume has been shown to be the most effective prevention strategy against corrosion of reinforcement steel in economic terms, reducing the life cycle costs of the original deck design by 76%. From an environmental perspective, maintenance based on the hydrophobic treatment of the concrete deck surface results in the best performance, allowing for a reduction of the impacts associated with the original design by 82.8%.

Keywords:

Life cycle assessment; Life cycle cost analysis; Chloride corrosion; Sustainable design; Maintenance optimization; Reliability

Reference:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V.  (2019). Reliability-based maintenance optimization of corrosion preventive designs under a life cycle perspective. Environmental Impact Assessment Review, 74:23-34. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2018.10.001

 

Optimización del diseño sostenible de puentes bajo incertidumbre

Nos acaban de publicar en la revista de Elsevier del primer decil, Journal of Cleaner Production, un artículo donde se propone una nueva metodología en la toma de decisiones del diseño óptimo de un puente bajo criterios de sostenibilidad y bajo incertidumbre. Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación BRIDLIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 16 de octubre de 2018 en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/c/1XdSi3QCo9R4pK

Abstract:

Today, bridge design seeks not only to minimize cost, but also to minimize adverse environmental and social impacts. This multi-criteria decision-making problem is subject to variability of the opinions of stakeholders regarding the importance of criteria for sustainability. As a result, this paper proposes a method for designing and selecting optimally sustainable bridges under the uncertainty of criteria comparison. A Pareto set of solutions is obtained using a metamodel-assisted multi-objective optimization. A new decision-making technique introduces the uncertainty of the decision-maker’s preference through triangular distributions and thereby ranks the sustainable bridge designs. The method is illustrated by a case study of a three-span post-tensioned concrete box-girder bridge designed according to the embodied energy, overall safety and corrosion initiation time. In this particular case, 211 efficient solutions are reduced to two preferred solutions which have a probability of being selected of 81.6% and 18.4%. In addition, a sensitivity analysis validates the influence of the uncertainty regarding the decisionmaking. The approach proposed allows actors involved in the bridge design and decision-making to determine the best sustainable design by finding the probability of a given design being chosen.

Keywords:

  • Sustainable criteria
  • Uncertainty
  • Decision-making
  • Multi-objective optimization
  • Energy efficiency

 

Reference:

GARCÍA-SEGURA, T.; PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V. (2018). Sustainable bridge design by metamodel-assisted multi-objective optimization and decision-making under uncertainty.  Journal of Cleaner Production, 202:904-915. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.08.177

 

 

¿Qué es el Análisis del Ciclo de Vida?

Nuestro grupo de investigación está en estos momentos muy centrado en aspectos relacionados con el análisis del ciclo de vida y con la sostenibilidad de las infraestructuras. Proyectos como BRIDLIFE y DIMALIFE inciden especialmente es estos temas. He considerado, por tanto, de gran interés para el lector, resumir brevemente el concepto, los tipos, algo de historia y proporcionar unas pequeñas referencias al respecto. Espero que os sean de interés.

El Análisis del Ciclo de Vida clásico constituye una metodología objetiva que trata de evaluar las cargas ambientales asociadas a un producto, proceso o actividad, identificando y cuantificando el uso de materia y energía además de las emisiones al entorno (Olivera et al., 2016).

Sus orígenes se remontan a finales de los años 60. Dos investigadores del Instituto de Investigación del Medio Oeste (MRI), Robert Hunt y William Franklin empezaron a trabajar en una técnica que permitiese cuantificar la energía demandada y los recursos, así como las emisiones de gases de efecto invernadero (GEI) por parte de las industrias (Trusty y Deru, 2005). Esta técnica paso a llamarse como Análisis de Perfil Ambiental y de Recursos (REPA) y se utilizó por primera vez en 1969 por el MRI junto a la compañía Coca-Cola para analizar y seleccionar los materiales más ecológicos y como tratarlos en su final de vida (Gerilla et al., 2007).

La primera expansión del uso de esta tecnología tuvo lugar durante la crisis energética de los años 70, para estudiar el consumo energético de productos de embalaje de plástico o cartón. A finales de los 80’s y principios de los 90’s tuvo de nuevo un gran alcance como herramienta de marketing (Owens, 1996).

Con los avances metodológicos de la herramienta y la proliferación de resultados muy dispares en los diferentes estudios realizados, se decidió llevar a cabo una armonización del ACV. Con dicha finalidad aparecieron diversas directrices, destacando la holandesa y la nórdica, que también incluían recomendaciones contradictorias.

A inicios de los 90’s, la Sociedad de Toxicología Ambiental y Química (SETAC) alcanzó a un consenso mediante grupos consultivos de América del Norte y Europa y elaboraron el “Código de práctica para la evaluación del ciclo de vida”. Paralelamente, surgieron otras iniciativas como la Guía LCA Z-760 de la Asociación de Estandarización Canadiense.

Finalmente, a finales de los años 90, surgieron los procesos de estandarización más reconocidos por parte de la Organización Internacional de Normalización (ISO) (Russell et al., 2005).

La ISO emitió los estándares internacionales más relevantes en 1997, definiendo el ACV como “un método para resumir y evaluar la carga ambiental de un producto (o servicio) en todo el ciclo de vida, y el impacto o influencia potencial sobre el medio ambiente” en la serie de normas ISO 14040 (AENOR, 2006). Esta metodología es compatible con la evaluación de los impactos socioeconómicos, puesto que comparten ciertos elementos que aportan datos comparativos muy útiles para la toma de decisiones frente a nuevos proyectos o acciones de mejora.

De este modo quedan las tres dimensiones del análisis del ciclo de vida:

  • Análisis del Ciclo de Vida Ambiental (ACV-A): Metodología ya presentada que contempla la carga ambiental producida por un producto o servicio durante todo el ciclo de vida.
  • Coste del Ciclo de Vida (CCV): Este análisis se centra en la etapa de diseño de un producto, analizando los costes directos y los beneficios de las actividades económicas, como los costes para la prevención de la contaminación, los costes de las materias primas, los impuestos y los intereses sobre el capital entre otros, en resumen, es una recopilación y evaluación de todos los costes relacionados con un producto a lo largo de todo su ciclo de vida.
  • Análisis del Ciclo de Vida Social (ACV-S): Se trata de una herramienta de evaluación de impactos sociales cuyo objetivo es analizar los aspectos sociales y socio-económicos de los productos y sus impactos potenciales (positivos y negativos) durante todo el ciclo de vida.

 

Como combinación de las tres tipologías, se plantea el Análisis del Ciclo de Vida de la Sostenibilidad (ACV-SOS) realizando un análisis integrado de cualquier producto o servicio.

La Comisión Europea planteó una guía de ruta a esta situación, por medio del proyecto CALCAS (Coordination for innovation in Life Cycle for Sustainability) desde el 2006, con el fin de organizar las distintas modalidades que han surgido mediante una futura norma ISO ACV, que englobara un análisis multicriterio sobre sostenibilidad (van der Giesen et al., 2013).

Aunque la metodología de las tres dimensiones del ACV está basada en la norma ISO 14040, esta no tiene dentro de su alcance el estudio del impacto económico y social, por lo que es necesario combinarla con otras herramientas para profundizar ese análisis. Os dejo a continuación una serie de referencias bibliográficas por si os interesa profundizar más en el tema.

Referencias

  • AENOR (2006). ISO 14040:2006. Gestión ambiental. Análisis del ciclo de vida. Principios y marco de referencia. Madrid.
  • GARCÍA-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. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.
  • GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link) (descargar versión autor)
  • GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PÉREZ-LÓPEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)
  • GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M.; YANG, D.Y. (2017). Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges. Engineering Structures, 145:381-391. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013 OPEN ACCESS
  • GERILLA, G. P.; TEKNOMO, K.; HOKAO, K. (2007). An environmental assessment of wood and steel reinforced concrete housing construction. Building and Environment, 42(7), 2778–2784.
  • 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
  • MOLINA-MORENO, F.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2017). Carbon embodied optimization for buttressed earth-retaining walls: implications for low-carbon conceptual designs. Journal of Cleaner Production, 164:872-884. https://authors.elsevier.com/a/1VLOP3QCo9NDzg
  • NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Life cycle cost assessment of preventive strategies applied to prestressed concrete bridges exposed to chlorides. Sustainability, 10(3):845. doi:10.3390/su10030845 (link).
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Concepto de Sistema de Gestión de Puentes (SGP)

Colapso puente en Cerdeña. https://pxhere.com/es/photo/600583

En artículos anteriores ya hemos mencionado la necesidad de aumentar progresivamente los fondos para el mantenimiento y conservación de las infraestructuras. Estos fondos deben aplicarse de una manera eficiente, buscando la toma de decisiones basadas en los aspectos técnicos y económicos, teniendo también en cuenta los factores sociales y ambientales. Aquí vamos a prestar especial atención a los puentes.

La gestión de puentes se define, por tanto, como el conjunto de acciones a llevar a cabo para garantizar la seguridad y calidad de servicio de las estructuras gestionadas y optimizar el uso de recursos disponibles. No obstante, esta gestión no debe limitarse a la fase de servicio del puente, y debe establecerse tan pronto como sea posible, preferiblemente en la fase de diseño, proyecto y ejecución.

Los sistemas de gestión de puentes, según se puede extraer de las aplicaciones desarrolladas en los diferentes países que ya los tienen implementados, se plantean como herramientas cada vez más desarrolladas como resultado de la evolución de las computadoras y su capacidad de procesamiento. Generalmente presentan una estructura modular, con una serie de elementos comunes, que forman los siguientes módulos básicos:

  • Inventario
  • Inspección y evaluación
  • Apoyo a las decisiones y la gestión. Matrices de decisión
  • Catálogo de daños
Componentes de un sistema de gestión de puentes (Austroads, 2002)

Estos sistemas deben ayudar al gestor a tomar decisiones basadas en la información recopilada durante las inspecciones y determinación de la condición de los puentes, simulando varios escenarios de acción para poder predecir el nivel de conservación futuro de cada elemento y optimizar los recursos económicos para realizar acciones que prolonguen la vida útil de los puentes de la red y mantengan un nivel de servicio adecuado. En la siguiente figura se muestra esquemáticamente el planteamiento conceptual de los efectos de la aplicación de estrategias de conservación en mantenimiento, frente a políticas de no inversión:

Concepto de vida útil y su gestión. León González (2008)

Los modelos de evolución del deterioro futuro de elementos plantean una previsión de la degradación, basándose en diferentes teorías probabilísticas. Hay modelos deterministas, modelos según evolución planificada de daños o probabilístico, basado en el estado actual del elemento y probabilidad de una tasa predeterminada de deterioro en el tiempo y modelos de valoración de costes que tienen en cuenta un análisis económico a lo largo del ciclo de vida de los puentes gestionados.

Los sistemas de gestión de puentes deben aportar criterios objetivos para determinar en qué momento compensa tomar la decisión de llevar a cabo medidas de conservación, teniendo en cuenta los beneficios de la inversión y los riesgos de que los deterioros puedan crecer con el tiempo y suponer costes de reparación mucho más elevados.

Esquema de funcionamiento del sistema de gestión de puentes (Ministerio de Fomento, 2012)

 

Por tanto, aunque no es tarea sencilla, pues siempre hay un cierto condicionamiento del contexto económico por el que pueda atravesar la administración gestora, que pudiera tener que restringir el gasto por debajo de límites que garantizasen la optimización de las labores de gestión, se proponen las siguientes etapas generales descritas en diferentes metodologías de sistemas de gestión de puentes:

1º. Definición de los elementos estándar en un puente

2º. Inventario y creación de una base de datos de puentes y elementos existentes.

3º. La identificación mediante labores de inspección de puentes de las anomalías de cada elemento y el desarrollo modelos para predecir el futuro deterioro.

4º. Desarrollo de acciones de conservación y mantenimiento para cada conjunto de elementos y cada una de las tipologías de anomalía detectadas.

5º. Desarrollo de modelos de optimización y toma de decisiones.

En general, existe un avance importante, llevado a cabo en los últimos años en países desarrollados, en lo que a las etapas de inventariado y creación de bases de datos se refiere, existiendo lagunas y líneas de acción pendientes en lo que se refiere a las etapas finales de implementación de sistemas de gestión (modelos de predicción y toma de decisiones), siendo esta última la línea de investigación que ayudará a la optimización de los recursos disponibles, como culminación del desarrollo de la técnica en cuanto a gestión, conservación y mantenimiento de los puentes.

En las referencias os dejo algunos artículos de nuestro grupo de investigación relacionada con la gestión de los puentes a lo largo de su ciclo de vida, con la optimización multiobjetivo y la toma de decisión multicriterio.

Referencias:

GARCÍA-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. DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M. (2017). 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

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; FRANGOPOL, D.M.; YANG, D.Y. (2017). Lifetime Reliability-Based Optimization of Post-Tensioned Box-Girder Bridges. Engineering Structures, 145:381-391. DOI:10.1016/j.engstruct.2017.05.013 OPEN ACCESS

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Life cycle cost assessment of preventive strategies applied to prestressed concrete bridges exposed to chlorides. Sustainability, 10(3):845. doi:10.3390/su10030845 (link).

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Social life cycle assessment of concrete bridge decks exposed to aggressive environments. Environmental Impact Assessment Review, 72:50-63. https://doi.org/10.1016/j.eiar.2018.05.003

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2018). Life cycle impact assessment of corrosion preventive designs applied to prestressed concrete bridge decks. Journal of Cleaner Production, 196:698-713. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.110

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2016). A review of multi-criteria decision making methods applied to the sustainable bridge design. Sustainability, 8(12):1295. DOI:10.3390/su8121295

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 (link)

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 (link)

SIERRA, L.A.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2017). Method for estimating the social sustainability of infrastructure projects.Environmental Impact Assessment Review, 65:41-53. DOI: 10.1016/j.eiar.2017.02.004

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; PELLICER, E. (2018). Bayesian network method for decision-making about the social sustainability of infrastructure projects.  Journal of Cleaner Production, 176:521-534. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2017.12.140

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2017). Assessing the social sustainability contribution of an infrastructure project under conditions of uncertainty. Environmental Impact Assessment Review, 67:61-72. DOI:10.1016/j.eiar.2017.08.003 (link)

SIERRA, L.A.; YEPES, V.; PELLICER, E. (2018). A review of multi-criteria assessment of the social sustainability of infrastructures. Journal of Cleaner Production, 187:496-513. DOI: 10.1016/j.jclepro.2018.03.022.

Protección de estructuras de hormigón mediante revestimientos

Revestimiento de suelo de resina epoxi líquida

Un revestimiento constituye una barrera que impide el paso y el acceso de los agentes agresivos exteriores en el hormigón. Se trata de capas finas, de unas micras hasta 3 mm de espesor, de diferentes productos, que pueden ser pinturas o micromorteros de diferentes composiciones químicas. Los agentes agresivos de los que el revestimiento debe realizar una protección son, entre otros, los siguientes:

  • El agua, por lo que el revestimiento debe ser impermeable
  • Líquidos agresivos, por lo que el revestimiento debe ser resistente químicamente
  • Cloruros y otros iones, que normalmente vienen disueltos en agua
  • Dióxido de carbono, por lo que el revestimiento debe ser una barrera a dicho gas

 

Se utilizan como revestimiento productos diferentes según el tipo de protección que se quiera realizar. Los productos más habituales son las resinas epoxi, las resinas de brea-epoxi, las emulsiones bituminosas, las pinturas acrílicas, las impregnaciones de siloxanos, los micromorteros de cementos y los micromorteros de epoxi-cemento.

Resinas epoxi

La resina epoxi constituye un revestimiento formado por dos componentes termoendurecibles.  Son muy interesantes como revestimiento del hormigón porque presentan una gran adherencia, buenas resistencias mecánicas, magnífica resistencia química, elevada impermeabilidad a líquidos y gases y una buena resistencia a la abrasión y a los golpes. Las resinas epoxi puras presentan las mejores características, pero debido a la dificultad existente en su aplicación por la elevada viscosidad, se emulsionan con agua o se disuelven con disolventes orgánicos.

Resinas de brea-epoxi

La unión de la brea -que es un producto dúctil y elástico-, con la resina epoxi -que presenta una excesiva rigidez-, produce un revestimiento de mayor flexibilidad y menor coste que la  resina epoxi, si bien con unas características menores en cuanto a la resistencia química y mecánica. Así y todo, resulta un producto adecuado para determinados usos.

Pinturas bituminosas

Las emulsiones bituminosas se componen de betún asfáltico, agua y un agente emulsionante. Son pinturas que se pueden aplicar a brocha, rodillo o proyección mecánica. Estos productos se caracterizan por su gran impermeabilidad al agua, su facilidad de aplicación y colocación, su buen comportamiento en contacto con el terreno y su bajo coste.

Pinturas acrílicas

Se trata de resinas acrílicas emulsionadas en agua o con disolventes orgánicos a fin de mejorar su fluidez y aplicabilidad. Se trata de unas pinturas que se suelen utilizar para evitar la carbonatación del hormigón. Entre sus características principales destaca su excelente impermeabilidad tanto al agua, al dióxido de carbono y a los cloruros, su buen aspecto estético y su permeabilidad al vapor de agua.

Impregnaciones a base de siloxanos

Son impregnaciones que, sin llegar a formar una película continua, se introducen en los poros del hormigón e impiden la entrada de las gotas de agua al cambiar su tensión superficial. Este carácter hidrófugo hacen a estas impregnaciones adecuadas para proteger al hormigón de los ataques por cloruros, pues éstos viajan disueltos en el agua.

Micromorteros de cemento

Son mezclas de cemento, arena fina y resinas sintéticas (normalmente acrílicas). Forman un revestimiento de 2-3 mm impermeables y con una buena resistencia a la abrasión. Dejan una superficie muy cerrada y adecuada para una posterior aplicación de otra pintura de revestimiento. Son adecuados estos revestimientos para hormigones que puedan estar sumergidos de forma no permanente, incluso en entornos donde ataquen los cloruros.

Micromorteros de epoxi-cemento

Son como los anteriores, pero sustituyendo las resinas acrílicas por resinas epoxi. En este caso, además de aditivo, las resinas epoxi actúan como ligante junto al cemento. Ello permite una gran impermeabilidad y resistencia mecánica, y unas resistencias químicas aceptables. Para un ataque químico medio suele bastar una capa de 2 mm. Además, también son recomendables en combinación con posteriores aplicaciones de pinturas de resinas epoxi.

 

Análisis del ciclo de vida de las medidas preventivas a la corrosión aplicadas a puentes pretensados

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer decil del JCR), de la editorial ELSEVIER, en el que se realiza una valoración de las medidas preventivas consideradas en el proyecto a lo largo del ciclo de vida de un puente de hormigón sometido a un ambiente costero, donde los clorhídricos suponen una agresión que supone un mantenimiento de la infraestructura. En el artículo se analizan 15 diseños diferentes y se comprueba que no siempre realizar un mantenimiento mínimo supone menores impactos ambientales. Además, los tratamientos superficiales y la adición de humo de sílice supone una reducción del 70% en los impactos.

Además, la editorial ELSEVIER nos permite la distribución gratuita del artículo hasta el 6 de agosto de 2018. Por tanto, os paso el enlace para que os podáis descargar este artículo: https://authors.elsevier.com/a/1XERB3QCo9R2ye

Referencia:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2018). Life cycle impact assessment of corrosion preventive designs applied to prestressed concrete bridge decks. Journal of Cleaner Production, 196:698-713. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2018.06.110

Abstract:

Chloride corrosion of reinforcing steel in concrete structures is a major issue in the construction sector due to economic and environmental reasons. Assuming different prevention strategies in aggressive marine environments results in extending the service life of the exposed structures, reducing the maintenance actions required throughout their operation stage. The aim of the present study is to analyze the environmental implications of several prevention strategies through a life cycle assessment using a prestressed bridge deck as a case study.

The environmental impacts of 15 prevention alternatives have been evaluated when applied to a real case of study, namely a bridge deck exposed to a chloride laden surrounding. The Eco-indicator 99 methodology has been adopted for the evaluation of the impacts. As some of the alternatives involve the use of by-products such as fly ash and silica fume, economic allocation has been assumed to evaluate their environmental impacts.

Results from the life cycle analysis show that the environmental impacts of the chloride exposed structure can be reduced significantly by considering specific preventive designs, such as adding silica fume to concrete, reducing its water to cement ratio or applying hydrophobic or sealant treatments to its surface. In such scenarios, the damage caused to the environment mainly due to maintenance operations and material consumption can be reduced up to a 30–40% of the life cycle impacts associated to a conventional design. The study shows how the application of life cycle assessment methodologies can be of interest to reduce the environmental impacts derived from the maintenance operations required by bridge decks subjected to aggressive chloride laden environments.

Keywords:

Life cycle assessmentChloride corrosionPreventive measuresEco-indicator 99Bridge deckSustainable designConcrete

Highlights:

  • Life cycle assessment of different design strategies for bridge decks in marine environments.
  • 15 different design alternatives were studied and compared with the conventional design.
  • Less maintenance does not always result in lower environmental impacts.
  • Steel and maintenance are main contributors to environmental burdens.
  • Surface treatments and the addition of silica fume reduce impacts up to 70%.