Estribos abiertos de puente

Figura 1. Esquema de estribo abierto. Imagen: V. Yepes

Se recomienda utilizar el estribo oculto bajo el terraplén en los puentes tipo paso superior, ya que esto mejora la visibilidad de los conductores que transitan por la vía inferior, lo cual a su vez aumenta la comodidad y la funcionalidad de la infraestructura. Si el estribo permite el paso de tierras a través de él, se considera un estribo abierto; de lo contrario, se clasifica como cerrado. En el caso de puentes con alturas superiores a 4 o 5 m, el uso de un estribo abierto ahorra materiales en comparación con uno cerrado. Estas alturas suelen ser comunes en los pasos superiores de las carreteras.

En esencia, un estribo abierto o falso se compone de un dintel o cargadero que sirve de apoyo para el tablero del puente. Este dintel descansa sobre pantallas o diafragmas que transfieren las cargas a la cimentación. Una característica importante del estribo abierto es que permite el vertido de tierra sobre él, lo cual ayuda a reducir el empuje horizontal ejercido por el terraplén. Para lograr esto, se crea una transición entre la viga cabezal que sostiene el dintel y el suelo de cimentación mediante el empleo de pantallas, pilotes u otros elementos que permiten el paso de la tierra. En esta solución, las pantallas desempeñan un papel crucial al reemplazar en gran medida el muro frontal del estribo cerrado, lo que resulta en un ahorro significativo de hormigón.

Estos estribos suelen estar compuestos por tres elementos principales (ver Figura 1): una viga cabezal que alberga los neoprenos y sirve como soporte y protección del tablero contra las tierras del terraplén; un murete de guarda o tape colocado sobre la viga para evitar la entrada de tierra en la zona de apoyo, con una aleta en cada extremo para mayor protección; dos pantallas que sustentan la viga cabezal o cargadero y permiten el paso del terraplén frente a ellas; y una zapata corrida que distribuye las cargas provenientes de las pantallas hacia el terreno de cimentación. Además, se incluye una losa de transición entre el terraplén y el tablero, la cual se apoya en la viga cabezal. Es frecuente que las alturas totales de los estribos y las tensiones admisibles de cimentación se encuentren en un rango de 6 a 15 m y de 0,2 a 0,5 MPa, respectivamente.

Figura 2. Geometría del estribo abierto: variables y principales parámetros (Luz *et al*, 2015).

La cantidad de pantallas a utilizar, así como su espesor y altura en la base, dependerán del ancho total del tablero y la altura del estribo. Incluso es posible contar con estribos abiertos que requieran solamente dos pantallas para tableros de aproximadamente 20 m de ancho, aunque en casos de tableros más anchos podrían ser necesarios diafragmas adicionales.

En este tipo de configuración, el dintel o cargadero se construye una vez completado el terraplén y los pilotes. Los pilotes, a su vez, se instalan después de finalizar los terraplenes para reducir en la medida de lo posible las presiones ejercidas por las tierras.

Sin embargo, este tipo de estribo no se considera apropiado para su uso en cauces fluviales debido a que la presencia de agua puede provocar la erosión del talud. Su utilización se limita a cruces de carreteras o vías férreas. Es imprescindible que el desbordamiento de tierras no cause inundaciones en la plataforma de tráfico inferior. Por lo tanto, el estribo debe estar adecuadamente separado de dicha plataforma, lo que implica que el tablero deba tener una longitud mayor.

Referencias:

ARENAS, J.J.; APARICIO, A.C. (1984). Estribos de puente de tramo recto. Santander: Universidad de Cantabria.

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1994). Manual para el proyecto y ejecución de estructuras de suelo reforzado. Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente.

LUZ, A., YEPES, V., GONZÁLEZ-VIDOSA, F., MARTÍ, J. V. (2015). Diseño de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimización híbrida de escalada estocástica. Informes de la Construcción, 67(540): e114, doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.089.

YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328.

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Estribos de puente de tierra estabilizada mecánicamente

Figura 1. Estribo de tierra estabilizada mecánicamente. Fuente: http://www.tierra-armada.com/

En situaciones en las que no es factible verter tierra frente al alzado del estribo debido a un terreno con baja capacidad portante, deformable o no se pueden realizar excavaciones, se requiere utilizar técnicas de tierra estabilizada mecánicamente, conocido también como suelo reforzado o bajo el nombre comercial de Tierra Armada®. Estas técnicas también son aplicables en zonas urbanas, donde es necesario evitar el derrame del terraplén y aprovechar las características estéticas que ofrecen este tipo de muros. Consisten en reforzar el material del terraplén mediante pletinas o flejes presentes en las escamas, fabricadas generalmente con materiales galvanizados o de fibra de carbono, que se colocan en el frente del estribo. Estas pletinas absorben eficientemente los empujes horizontales al interactuar con el suelo a través de la fricción.

El muro se complementa con escamas prefabricadas de hormigón, a las cuales se fijan los refuerzos (Figura 1). Estas escamas se entrelazan entre sí, presentando diversas formas, colores y texturas. En el trasdós de estas escamas se alojan armaduras o flejes que contrarrestan el empuje de las tierras mediante el rozamiento. La longitud de las armaduras debe ser igual o mayor a 0,7 veces la altura H del muro. En el caso de estructuras hiperestáticas, que pueden ser muy sensibles a los movimientos del macizo de tierra reforzada, es común separar el apoyo extremo del tablero del muro de tierra reforzada mediante la disposición de lo que podría considerarse como una pila adicional. En la coronación del muro, es posible disponer de un cargadero o durmiente que brinda soporte al tablero. Es frecuente separar el apoyo del tablero del muro mediante la colocación de una pila-estribo ubicada delante de este (Figura 2). La ejecución debe realizarse con cuidado para prevenir patologías, como descensos significativos o abultamiento de la pared exterior, entre otros problemas.

Figura 2. Estribo de tierra estabilizada mecánicamente. Fuente: http://www.tierra-armada.com/

La construcción de este tipo de estribos se caracteriza por ser rápida, sencilla y económica, lo que resulta en ahorros significativos, del orden del 15% al 40%, en comparación con estribos de puente ejecutados mediante sistemas convencionales. No obstante, es fundamental que estos estribos se ejecuten con gran precisión para evitar problemas posteriores como la ruptura de las escamas o desplazamientos.

El cargadero o estribo flotante debe diseñarse de manera que la presión transmitida al macizo de tierra reforzada sea adecuada, evitando una carga excesiva que requiera un alto número de armaduras en los niveles inferiores de escamas. Como referencia, se recomienda dimensionar la planta del durmiente de tal manera que la presión transmitida al lecho no supere los 0,2 MPa.

En el caso de estribos de altura moderada, la distancia mínima requerida entre el borde del durmiente y el paramento es de 10 cm. Por el contrario, para muros de 10 m de altura, dicha distancia no debe ser inferior a 15 cm. Es importante garantizar que el espacio entre el eje de los apoyos del tablero y el borde exterior del paramento no sea inferior a 1 m.

Al considerar las características geométricas de un estribo de tierra estabilizada mecánicamente, es fundamental tener en cuenta varios aspectos clave. Primero, la anchura B del macizo de suelo reforzado, determinada por la longitud de los flejes, debe ser mayor al 70% de H siempre que H sea inferior a 20 m, y mayor al 60 % de H más 2 m en el caso de muros más bajos. Además, la profundidad D del muro en el terreno debe ser de al menos 0,40 m, a menos que esté cimentado sobre un terreno compacto no susceptible a heladas, y generalmente supera el 10 % de H en estribos normales. Asimismo, la presión transmitida por el durmiente debido a las cargas permanentes debe ser inferior a 0,2 MPa, y la distancia entre el eje de los apoyos del tablero y el borde exterior del paramento debe ser de al menos 1 m. Es relevante que el estribo flotante se asiente sobre una capa de suelo tratado con un 3% a 5% de cemento, con un espesor mínimo de 0,50 m. La parte frontal del durmiente debe separarse al menos 10 cm del paramento, y en el caso de estribos con una altura superior a 10 m, se requiere una distancia mínima de 15 cm. Además, el durmiente debe contar con un resguardo mínimo de suelo tratado en su parte trasera de 30 cm.

En algunas ocasiones, se separa la función de contener las tierras de la de soportar el dintel. En este caso, el dintel estará pilotado y se ubicará por delante del muro. Sin embargo, es importante considerar que la carga del muro puede generar rozamientos negativos en los pilotes, lo que podría hacer que trabajen en tracción. Para evitar esta situación, se recomienda construir primero el muro y posteriormente ejecutar el pilotaje del durmiente. Es preferible pilotar lo más tarde posible para permitir que se produzca la mayor parte del asiento del muro antes de su ejecución.

Os dejo algunos vídeos de interés:

También os paso el manual de la Dirección General de Carreteras para el proyecto y ejecución de estructuras de suelo reforzado.

Descargar (PDF, 93.29MB)

Referencias:

DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1994). Manual para el proyecto y ejecución de estructuras de suelo reforzado. Ministerio de Obras Públicas, Transportes y Medio Ambiente.

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Repercusión en prensa de nuestra investigación en optimización de aerogeneradores

Es de agradecer al área de comunicación de la Universitat Politècnica de València, y en especial, a Luis Zurano, su labor en la difusión del trabajo de investigación realizado en nuestra universidad.

En este caso, se ha hecho eco de uno de nuestros trabajos relacionados con la optimización de la cimentación de aerogeneradores mediante metamodelos tipo kriging. Os paso la noticia, tal y como ha salido en la web de nuestra universidad, así como en otros medios de prensa.

También ha aparecido en otros medios de comunicación, como los que siguen:

https://www.europapress.es/comunitat-valenciana/noticia-investigadores-upv-ofrecen-disenos-mas-sostenibles-revolucionar-aerogeneradores-20230312112050.html

https://valenciaplaza.com/investigadores-ofrecen-disenos-sostenibles-revolucionar-aerogeneradores?amp=1

https://www.lavanguardia.com/local/valencia/20230312/8819071/investigadores-upv-ofrecen-disenos-mas-sostenibles-revolucionar-aerogeneradores.html

https://cadenaser.com/comunitat-valenciana/2023/03/12/un-estudio-de-la-upv-revoluciona-el-diseno-de-los-aerogeneradores-radio-valencia/

https://noticiasdelaciencia.com/art/46265/hacia-una-revolucion-en-el-diseno-de-los-aerogeneradores

https://nationworldnews.com/upv-researchers-offer-more-sustainable-designs-for-revolutionary-wind-turbines/

https://techxplore.com/news/2023-03-revolutionize-turbine.html

https://www.tekniikkatalous.fi/uutiset/tutkijoiden-uusi-tekniikka-voi-mullistaa-tuulivoimalan-suunnittelun-parantaa-energiatehokkuutta-rakentamisvaiheessa/6b54c3cc-e9ec-4c7c-9677-8e480c5d41c4

Un estudio revoluciona el diseño de los aerogeneradores

UPV Study Revolutionizes Wind Turbine Design

También tenéis un corte de la noticia emitida por Radio Nacional de España:

Y en este otro corte, podéis ver la noticia en la SER:

Diseño revolucionario

Un estudio de la Universitat Politècnica de València revoluciona el diseño de los aerogeneradores

Un estudio realizado por investigadores de la Universitat Politècnica de València (UPV), pertenecientes al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), en colaboración con la Universidad Tecnológica Chalmers de Goteborg (Suecia), promete revolucionar el diseño estructural de los aerogeneradores. Su trabajo ofrece soluciones entre un 8 y un 15 % más sostenibles que los diseños tradicionales de estas infraestructuras,

Este estudio presenta un método innovador y eficiente para optimizar el diseño de cimentaciones de aerogeneradores, mejorando así la eficiencia energética en su construcción. Los resultados obtenidos en el estudio, publicados en la revista Structural and Multidisciplinary Optimization, demuestran su aplicabilidad en proyectos grandes y complejos y su potencial para ser utilizado en otras estructuras civiles.

“Nuestro método permite diseñar estructuras de manera más sostenible y facilitar su construcción, a través de un software que puede analizar diferentes condiciones y optimizar así el producto final. Utiliza metamodelos, como Kriging, para mejorar la eficiencia y reducir el costo computacional del proceso de optimización del diseño”, explica Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.

En su estudio, el equipo de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Tecnológica Chalmers aplicaron el método a un ejemplo real de cimientos para turbinas eólicas en Suecia. “Comprobamos que con nuestra propuesta se pueden obtener mejores diseños, analizando solo veinte en lugar de mil diseños diferentes. Además, constatamos que estos diseños son más sostenibles que los diseños convencionales”, destaca Víctor Yepes, investigador del Instituto ICITECH de la Universitat Politècnica de València.

Entre las ventajas de este “revolucionario método” destaca también una significativa reducción de los costes – tanto económicos como computacionales— y tiempos a la hora de diseñar las cimentaciones de los aerogeneradores.

Otras aplicaciones

Aunque este estudio se centra en el diseño de cimientos para turbinas eólicas, el método propuesto por los investigadores españoles y suecos puede ser aplicado a otras estructuras empleadas en la ingeniería civil o en la edificación. Además, la técnica de metamodelado de Kriging es ampliamente utilizada en la industria y puede ser aplicada a una amplia variedad de proyectos de diseño estructural.

“Nuestro trabajo puede ser de gran utilidad para la optimización de otras estructuras de ingeniería civil como puentes o edificios. Además, el método propuesto podría ser aplicado en otros campos como la optimización de procesos de fabricación o el desarrollo de nuevos materiales. En definitiva, se trata de una novedosa técnica con un gran potencial para afrontar y resolver una amplia variedad de problemas de diseño de ingeniería”, concluye Víctor Yepes.

El desarrollo de este método se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE, financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación y el Fondo Europeo de Desarrollo Regional (FEDER).

Referencia

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

https://link.springer.com/article/10.1007/s00158-021-03154-0

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Cálculo de la profundidad de la hinca de una tablestaca para evitar el sifonamiento

Figura 1. Sifonamiento en la base de una tablestaca o pantalla.

La inestabilidad del fondo o sifonamiento ocurre cuando existe un flujo ascendente, un terreno granular no consolidado puede perder completamente su resistencia a corte y comportarse como un fluido (arenas movedizas, partículas sueltas, como en ebullición), por lo que al fenómeno también se le conoce como fluidificación. Ello ocurre cuando un incremento de la presión intersticial anula la presión efectiva, o dicho de otra forma, cuando las fuerzas producidas por la filtración superan el peso sumergido del suelo. Este fenómeno podría aparecer en pantallas o tablestacas con un empotramiento reducido (Figura 1). En un artículo anterior al que denominamos “El efecto Renard, o por qué un suelo parece que entra en ebullición: Sifonamiento”, explicamos con cierto detalle este fenómeno y resolvimos cuál debería ser la profundidad a la que debería hincarse una tablestaca para evitar que un suelo sin cohesión pierde completamente su resistencia al corte y pasa a comportarse como un fluido.

A este respecto, ya avisamos que una cosa es la profundidad mínima de empotramiento para evitar el sifonamiento y otra bien diferente es calcular el empotramiento necesario de una tablestaca para soportar los esfuerzos de empuje a los que está sometido. Por tanto, el empotramiento real será el mayor de los dos valores. Se recomienda siempre efectuar con detalle los cálculos geotécnicos y estructurales necesarios. Y sobre todo, utilizar el sentido común.

En esta ocasión os paso un problema resuelto donde se calcula la profundidad mínima a la que debe hincarse una tablestaca para evitar el sifonamiento. Este es uno de los casos estudiados en el “Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación”. Espero que os sea de interés.

Descargar (PDF, 205KB)

REFERENCIAS:

PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat, Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia, 419 pp.
POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
YEPES, V. (2021). Procedimientos de construcción para la compactación y mejora del terreno. Colección Manual de Referencia, 1ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 426 pp. Ref. 428. ISBN: 978-84-9048-603-0.
YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de Procedimientos de Construcción de cimentaciones y estructuras de contención en obra civil y edificación.

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Cálculo de la máxima profundidad de excavación frente al taponazo

En una entrada anterior, donde se describían los problemas del agua en las excavaciones, ya se habló del levantamiento de fondo o taponazo: El fondo de la excavación se puede volver inestable cuando el peso del terreno no es capaz de equilibrar al empuje del agua (Figura 1). Es típico de un estrato de baja permeabilidad (como una arcilla o roca de baja permeabilidad sin fisuras) situado sobre un acuífero confinado de mayor conductividad hidráulica (como una grava, muy permeable). Suele resolverse el problema con pozos de alivio.

En esta ocasión os paso un problema resuelto donde se calcula la máxima profundidad de excavación frente al taponazo. Este es uno de los casos estudiados en el “Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación”. Espero que os sea de interés.

Descargar (PDF, 184KB)

REFERENCIAS:

PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat, Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia, 419 pp.
POWERS, J.P. (1992). Construction dewatering: New methods and applications. Ed. Wiley et al., New York.
PREENE, M.; ROBERTS, T.O.L.; POWRIE, W., DYER, M.R. (2004). Groundwater control: design and practice. CIRIA C515, London.
TOMLINSON, M.J. (1982). Diseño y construcción de cimientos. URMO, S.A. de Ediciones, Bilbao, 825 pp.
YEPES, V. (2020). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia, 2ª edición. Editorial Universitat Politècnica de València, 480 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-903-1.
YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Problema resuelto sobre el caudal a bombear en la excavación de un solar

En una entrada anterior a este artículo se utilizó la Ley de Darcy y la línea de flujo más corta (de mayor gradiente crítico) para establecer una aproximación al caudal que habría que evacuar de una excavación en un solar. No obstante, para un estudio en detalle del flujo hidráulico en un medio poroso deberíamos acudir a la ecuación de Laplace y proceder a la integración de este tipo de ecuación en derivadas parciales atendiendo a las condiciones de contorno. En el siguiente vídeo que os he preparado tenéis una breve explicación. Este vídeo pertenece al curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de ingeniería civil y edificación.

Con todo, lo mejor es presentar un problema resuelto que, espero, os sea de interés.

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Referencias:

PÉREZ VALCÁRCEL, J.B. (2004). Excavaciones urbanas y estructuras de contención. Ediciones Cat. Colegio Oficial de Arquitectos de Galicia.

YEPES, V. (2023). Maquinaria y procedimientos de construcción. Problemas resueltos. Colección Académica. Editorial Universitat Politècnica de València, 562 pp. Ref. 376. ISBN 978-84-1396-174-3

Cursos:

Curso de procedimientos de contención y control del agua subterránea en obras de Ingeniería Civil y Edificación

Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

La comunicación multicanal de la geotecnia y sus procedimientos constructivos

Hoy, 2 de octubre, pero del año 1883, nació en Praga Karl von Terzaghi, que fue un ingeniero, reconocido como el padre de la mecánica de suelos. Para celebrar esta efeméride, se ha organizado un Encuentro Profesional Geololotecnia 2022.

Mi agradecimiento a los organizadores de este evento, tanto a Germán Sánchez (@ingeodo) como a Manuel Romana (@MRGdeviaje).

En dicho encuentro tuve la ocasión de presentar una comunicación denominada “La comunicación multicanal de la geotecnia y sus procedimientos constructivos“. Se trata de una reflexión muy personal respecto a la forma que tengo de comunicar con mis estudiantes y dejar en abierto el conocimiento en las redes sociales. Os dejo el vídeo completo por si os puede resultar de interés.

Encuentro profesional Geolotecnia 2022, celebremos el día de Terzaghi compartiendo

En breves días, en concreto el 1 y 2 de octubre de 2022, vamos a celebrar el día de Terzaghi en un encuentro virtual, abierto a profesionales, estudiantes, académicos y gente interesada de todo el mundo, especialmente España e Iberoamérica, en español. Los organizadores son mis amigos Germán Sánchez Gómez (@ingeododo) y Manuel Romana García (@MRdeviaje).

Yo mismo tengo pensado participar mediante una pequeña aportación donde explicaré cómo se puede divulgar la geotecnia y los procedimientos constructivos en redes sociales y en cursos especializados, algunos masivos y gratuitos.

Os espero. Dejo a continuación el folleto y os recuerdo que puedes apuntarte en geolotecnia22@gmail.com

Evaluación de la sostenibilidad de las técnicas de mejora del terreno

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.

El terreno no siempre es adecuado o competente para soportar una cimentación superficial directa. En muchos casos, para evitar costosas cimentaciones profundas, está indicado sustituir, mejorar o reforzar dicho terreno. Este trabajo se centra en evaluar la contribución a la sostenibilidad entre diferentes técnicas de mejora del suelo y el resultado de su aplicación a la cimentación de una vivienda unifamiliar como alternativa a la construida. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en materia de sostenibilidad entre el diseño de referencia (sin intervención), el relleno y la compactación del suelo, las columnas de suelo-cemento, la inclusión rígida de micropilotes y el clavado de viguetas prefabricadas. Para caracterizar la sostenibilidad, se propone un conjunto de 37 indicadores que integran los aspectos económicos o ambientales de cada alternativa de diseño y sus impactos sociales. Se obtiene un ranking de sostenibilidad para las diferentes alternativas basado en el método ELECTRE IS para la toma de decisiones multicriterio (MCDM). Se evalúa la sensibilidad de los resultados obtenidos frente a diferentes métodos MCDM (TOPSIS, COPRAS) y diferentes ponderaciones de criterios. La evaluación proporciona una visión transversal, comparando la capacidad y fiabilidad de cada técnica para priorizar la solución de consolidación del terreno que mejor contribuye a la sostenibilidad en el diseño de la subestructura de un edificio.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Podéis leer una versión preliminar el artículo en la siguiente dirección: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131463

Highlights

Evaluation of soil consolidation techniques for a single-family house’s foundation.
A deep foundation is compared to four alternatives that consider soil improvement.
37 indicators characterize the sustainability of substructure in residential buildings.
The aggregation of the different sustainability criteria is applied in 3 MCDM methods.
Nailing precast joists into the ground achieves the best sustainability result.

Abstract

The soil is not always suitable or competent to support a direct shallow foundation in construction. In many cases, to avoid costly deep foundations, it is indicated to replace, improve, or reinforce such soil. This paper focuses on evaluating the contribution to sustainability between different soil improvement techniques and the outcome of their application to the foundation of a single-family house as an alternative to the one built. The life-cycle performance in sustainability is compared between the baseline design (without intervention), backfilling and soil compaction, soil-cement columns, rigid inclusion of micropiles, and nailing of precast joists. To characterize sustainability, a set of 37 indicators is proposed that integrate the economic or environmental aspects of each design alternative and its social impacts. A sustainability ranking is obtained for the different alternatives based on the ELECTRE IS method for multi-criteria decision-making (MCDM). The sensitivity of the obtained results is evaluated against different MCDM methods (TOPSIS, COPRAS) and different criteria weights. The evaluation provides a cross-cutting view, comparing the ability and reliability of each technique to prioritize the ground consolidation solution that best contributes to the sustainability in the design of a building’s substructure.

Keywords

Sustainability; Construction; Multi-criteria decision analysis; Life cycle assessment; Modern methods of construction; Soil improvement; Foundations; ELECTRE IS; TOPSIS; COPRAS

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Evaluating the sustainability of soil improvement techniques in foundation substructures. Journal of Cleaner Production, 351: 131463. DOI:10.1016/j.jclepro.2022.131463

Descargar (PDF, 7.31MB)

Cinco artículos de muy alto impacto publicados este año para celebrar el día del padre

Han bastado 11 semanas de este 2022, en particular 77 días, para tener la satisfacción de ver publicado cinco artículos de gran impacto, que daría para un sexenio de investigación (en revistas del primer cuartil del JCR, siendo tres, además, del primer decil). El mérito, como siempre, no es mío, sino del maravilloso grupo de investigación que tengo a mi lado. Espero que la racha continúe. ¡No hay mejor forma de celebrar el día del padre! Os paso los resúmenes de estos artículos por si os interesan.

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

Since the establishment of the Sustainable Development Goals, great concern has arisen on how to diminish the impacts that result from construction activities. In such context, Modern Methods of Construction (MMC) rise as a powerful way to reduce life cycle impacts through optimizing the consumption of materials. This paper focuses on the sustainability assessment of different modern construction techniques applied to concrete structures of single-family houses. The life cycle performance in terms of sustainability is compared between a conventional reference design, a precast design, a lightweight slab design with pressurized hollow discs, and a design based on double-wall structural elements. The sustainability is assessed through a set of 38 indicators that address not only the economic and environmental response of the designs, but also their social impacts as well. Five of the best known Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR and MIVES) are applied to derive the life-cycle performance of each design into a single sustainability score. Since there is no consensus on which MCDM method works best in sustainability assessments, a Global Structural Sustainability Index (GSSI) combining and weighting the above is proposed here to aid the analysis of the results obtained. The results show that consideration of the three dimensions of sustainability leads to balanced designs whose preference need not coincide with those derived from each one-dimensional life cycle approach.

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

In this work, we study the potential of using kriging metamodelling to perform multi-objective structural design optimization using finite element analysis software and design standards while keeping the computational efforts low. A method is proposed, which includes sustainability and buildability objectives, and it is applied to a case study of reinforced concrete foundations for wind turbines based on data from a large Swedish wind farm project. Sensitivity analyses are conducted to investigate the influence of the penalty factor applied to unfeasible solutions and the size of the initial sample generated by Latin hypercube sampling. A multi-objective optimization is then performed to obtain the optimum designs for different weight combinations for the four objectives considered. Results show that the kriging-obtained designs from samples of 20 designs outperform the best designs in the samples of 1000 designs. The optimum designs obtained by the proposed method have a sustainability impact 8–15% lower than the designs developed by traditional methods.

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

Railways are an efficient transport mode, but building and maintaining railways tracks has a significant environmental impact in terms of CO₂ emissions and use of raw materials. This is particularly true for slab tracks, which require large quantities of concrete. They are also more expensive to build than conventional ballasted tracks, but require less maintenance and have other advantages that make them a good alternative, especially for high-speed lines. In order to contribute to a more sustainable railways, this paper aims to optimise the design of one of the most common slab track typologies: RHEDA 2000. The main objective is to reduce the amount of concrete required to build the slab without compromising its performance and durability. To do so, a Finite Elements (FEM) model of the track has been used, paired with a kriging meta-model to allow analysing multiple options of slab thickness and concrete strength in a timely manner. By means of the kriging, optimal solutions have been obtained and them validate through the FEM model to ensure that predefined mechanical and geometrical constraints are met. Starting from an initial setup with a 30 cm slab made of concrete with a characteristic strength of 40 MPa, an optimised solution has been reached, consisting on a 24 cm slab made of concrete with a strength of 45 MPa. This process may be now applied to other slab typologies to obtain more sustainable designs.

FERNÁNDEZ-MORA, V.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Integration of the structural project into the BIM paradigm: a literature review. Journal of Building Engineering, (accepted, in press).

The revolution towards Industry 4.0 in the AECO Industry has taken Building Information Modelling (BIM) as one of its central points. BIM abilities for automatization, interoperability and sustainability play a key role in this change. In this paper, a literature review about BIM adoption for the structural project is presented. The aim of the presented review is to clearly establish the current state of knowledge of the implementation of the BIM methodology in the field of structural analysis. Papers related to these two topics simultaneously, BIM and structure analysis, during the last 10 years have been selected. The literature has been analysed from two different approaches. First, bibliometric analysis has been performed, studying the production on the topic. Secondly, 81 representative papers have been selected and analysed, establishing thematic areas via cluster analysis. The articles have also been classified upon several categorizations based on the structural life cycle and their aim. Finally, a SWOT analysis is performed from this data to create a complete framework that shows the state of the integration of the structural project in BIM environments and possible future developments and risks. This set of studies shows a tendency towards design tools and new buildings. While automatization and computer-aided design have been a trend in the research for several years, a research gap on the structural analysis via BIM for existing and heritage buildings has been pointed out, showing its ability to improve the analysis of existing buildings and its maintenance.