estructuras archivos - Página 64 de 80 - El blog de Víctor Yepes

Puentes de acero inoxidable

El acero inoxidable, inventado en la primera década del siglo XX por Harry Brarley, presenta características de resistencia a la corrosión que los diferencia de los aceros convencionales al carbono. Estos aceros presentan un contenido mínimo de un 11% de cromo, aunque suele añadírsele también níquel. El acero inoxidable no es un material desconocido, aunque como se verá a continuación, ha sido poco empleado en obras civiles. Se puede encontrar en usos domésticos o en amplios usos industriales como plantas químicas, componentes de automoción o aeronáutica. Baddoo (2008) indica que el consumo mundial de acero inoxidable ha crecido al 5% anual durante los últimos 20 años, sobrepasando el crecimiento de otro tipo de materiales. Respecto a los últimos adelantos en los aceros inoxidables en cuanto a material, se recomienda la revisión realizada por Lo et al. (2009).

No sólo el aspecto estético, sino la facilidad del mantenimiento, es la que ha hecho de este material un referente en la arquitectura en aspectos no relacionados directamente con la resistencia estructural. Resulta curiosa la falta de experiencia y realizaciones con este material en el ámbito de la ingeniería civil, y en especial, de las estructuras como los puentes (aunque algunos pueden citarse en España, como el de Abandoibarra en Bilbao o el de Cala Galdana en Menorca). Y eso que determinados puentes, especialmente los situados en zonas costeras, presentan una degradación extraordinaria y unos costes de mantenimiento elevados (Cramer et al., 2002). Una revisión de la aplicación de los nuevos materiales en la ingeniería civil puede verse en el trabajo de Flaga (2000).

Pasarela de Abandoibarra. Bilbao (1996).

La falta de experiencia en el uso del acero inoxidable en su aspecto estructural deriva, tal y como indican Real y Mirambell (2000), de una falta de especificaciones de diseño que fomenten el uso de este material. Esta es, quizás, una de las limitaciones técnicas más importantes existentes en la actualidad. En efecto, una de las claves que diferencian al acero inoxidable del convencional es la no linealidad de su ecuación constitutiva, incluso a bajos niveles de tensión, así como una pronunciada respuesta al trabajo en frío. De hecho, el límite elástico de estos aceros no está bien definido, debiéndose asociar al 0,2% de su deformación (Gedge, 2008). Hoy día estos aceros son de gran interés, incluso en el campo del hormigón estructural, donde, tal y como indican Cobos et al. (2011), un incremento del 10% en el coste inicial en la construcción de un puente de hormigón estructural con armaduras inoxidables puede elevar a más de 120 años la vida útil en servicio en zonas costeras, altamente corrosivas. Pérez-González (2008) refiere al uso del acero inoxidable procedente de desecho como armaduras para losas de hormigón.

Loa aceros inoxidables pueden dividirse según su estructura metalúrgica en austeníticos, ferríticos, martensínicos, dúplex y de precipitación-endurecimiento. De ellos, los austeníticos y los dúplex son los más empleados en estructuras. En ellos, los niveles de resistencia aumentan con el trabajado en frío, si bien se reduce la ductibilidad. Una de las características más interesantes es la resistencia a la corrosión bajo tensión, típica de las estructuras sometidas a factores ambientales, siendo los aceros dúplex normalmente mejores que los austeníticos. Es por ello que el acero dúplex es el idóneo para su uso en puentes y pasarelas (ver Sobrino, 2006). Sin embargo, dentro de esta familia de aceros, el tipo idóneo de acero dúplex dependerá de las condiciones ambientales específicas, propiedades mecánicas necesarias, acabado superficial, etc. Por ejemplo, en la construcción del puente de Cala Galdana de Menorca, se utilizó un acero inoxidable dúplex tipo 1.4462. Baddo y Kosmac (2011) se refieren al acero dúplex como el idóneo en la construcción de puentes, especialmente los 1.4462, 1.4362 y 1.4162, según la nomenclatura EN 10088-4 (2009).

Puente de Cala Galdana, Menorca. https://www.pedelta.com/puente-en-acero-inoxidable-en-cala-galdana-p-35-es

Un referente reciente respecto al diseño con acero inoxidable estructural es el manual realizado por Euro Inox y el Steel Construction Institute (2006), ahora en su tercera edición. Este manual presenta recomendaciones basadas en el método de los estados límite y, donde se considera adecuado, en el Eurocódigo 3 Proyecto de estructuras de acero. Este manual presenta una interesante Parte II donde se muestran ejemplos de dimensionamiento. Sin embargo, la actual Instrucción de Acero Estructural EAE (Ministerio de Fomento, 2011), en su Artículo 2 de ámbito de aplicación, excluye los aceros inoxidables, lo cual mantenía cierto impedimento a la extensión del uso de este material. Afortunadamente, en diciembre de 2012 salió a la luz la norma UNE-EN 1993-1-4 (Eurocódigo 3 – Proyecto de estructuras de acero, Parte 1-4 Reglas generales – Reglas adicionales para los Aceros Inoxidables).

Otra de las consideraciones de especial relevancia con respecto a los aceros inoxidables se refiere a los procesos constructivos y de montaje de estas estructuras cuando se comparan con los aceros convencionales. De hecho, las técnicas de corte, doblado, soldeo o acabado son distintas a las habituales. Así, los aceros dúplex presentan cierta dificultad añadida en relación con la realización de soldaduras. Además, para evitar la corrosión galvánica, los aceros inoxidables no deben entrar en contacto con otro tipo de metales.

La revisión realizada por Gedge (2008) respecto a los usos actuales que tiene el acero estructural en la construcción y en la ingeniería civil deja a las claras que, si bien no existe una gran tradición constructora con este tipo de material, también es cierto que las mayores exigencias relacionadas con la durabilidad de los materiales y la vida útil de las estructuras están reconsiderando al alza el uso de este material. Otra revisión del estado del conocimiento muy actual es la realizada por Baddoo (2008), en la que se centra no sólo en los aspectos de fabricación del material, sino en otros como el diseño y las realizaciones. El Gateway Arch de Missouri inspiró gran parte de la investigación del comportamiento structural del acero inoxidable en los primeros años de la década de los 60, de modo que la primera norma sobre este material estructural se publicó en 1968 por el AISI (1968).

La experiencia en el uso del acero inoxidable en puentes y pasarelas va en aumento, no sólo en España, sino a nivel internacional. En la publicación de Baddo y Kosmac podemos encontrar 20 puentes construidos con acero inoxidable desde el año 1999 al año 2011, lo cual son cifras pequeñas, pero ya significativas. A este respecto, hay que señalar que, en el año 2003, se realizó la sustitución de los tirantes de un puente arco ferroviario de tablero colgado en Kungälv, Suecia, con acero inoxidable Duplex 1.4462. Este puente se construyó en 1995 y tuvo que realizarse la sustitución en el año 2003 (Baddo y Kosmac, 2011). Baddo (2008) también se refiere al recubrimiento usado en el puente colgante de Tsing Ma Bridge de Hong Kong, siendo éste un puente usado tanto para el tráfico rodado como para el ferroviario. También en Hong Kong se ha utilizado el acero inoxidable Duplex para realizar las torres de puente colgante de Stonecutters, pues su altura superior a 120 m dificultaría el mantenimiento posterior (Hui y Wong, 2007). Por tanto, si bien es cierto que no se ha encontrado un puente ferroviario “íntegramente” construido con acero inoxidable, también es cierto que este material se ha usado ya como parte integrante en este tipo de puentes.

En cuanto al diseño de puentes de ferrocarril, ésta ha cambiado profundamente en las últimas tres décadas, sobre todo con el empleo de potentes herramientas de cálculo, tanto en hardware como en software (Sobrino y Gómez, 2004). El cálculo de puentes ferroviarios presenta peculiaridades como las elevadas sobrecargas, con trenes que pueden circular a velocidades muy elevadas, requerimientos de elevada rigidez estructural para garantizar la comodidad al usuario y reducir el mantenimiento de la vía, problemas de fatiga, fenómenos de interacción vía-tablero, efectos térmicos, etc. En España es reseñable el primer puente ferroviario realizado en acero inoxidable, instalado en la zona de Añorga Txiki de San Sebastián, en el tramo Añorga-Rekalde.

Referencias:

AMERICAN IRON AND STEEL INSTITUTE (1968). Specification for the Design of Light Gauge Cold-Formed Stainless Steel Structural Members.
ARCELORMITTAL. Stainless steel in bridges and footbridges. http://www.constructalia.com/english/publications/technical_guides/stainless_steel_in_bridges_and_footbridges
AZUMA, S.; OGAWA, K. (1998). Duplex stainless steel excellent in corrosion resistance, Applied Thermal Engineering 18(6): XXIV.
BADDO, N.R. (2008). Stainless steel in construction: A review of research, applications, challenges and opportunities. Journal of Constructional Steel Research, 64:1199-1206.
BADDOO, N.R.; KOSMAC, A. (2011) Sustainable duplex stainless steel bridges. http://www.worldstainless.org/ISSF/Files/Sustainable%20Duplex%20Stainless%20Steel%20Bridges.pdf
BELETSKI, A. (2008). Applicability of stainless steel in road infrastructure bridges by applying life cycle costing. Masters Thesis, Helsinki University of Technology.
COBO, A.; BASTIDAS, D.M.; GONZÁLEZ, M.N.; MEDINA, E.; BASTIDAS, J.M. (2011). Ductibilidad del acero inoxidable bajo en níquel para estructuras de hormigón armado. Materiales de Construcción, 61(304): 613-620.
CRAMER, S.D. et al. (2002). Corrosion prevention and remediation strategies for reinforced concrete coastal bridges. Cement & Concrete Composites, 24:101-117.
EN 10088-4 (2009). Stainless steels. Technical delivery conditions for sheet/plate and strip of corrosion resisting steels for construction purposes.
EURO INOX (2005). Puentes peatonales en acero inoxidable. Serie Construcción, Vol. 7. ISBN: 2-87997-101-2.
EURO INOX (2007). Puente en Cala Galdana, Menorca. www.euro-inox.org
EURO INOX; THE STEEL CONSTRUCTION INSTITUTE (2006). Manual de diseño para acero inoxidable estructural. Tercera edición. Serie de construcción, vol. 11, Luxemburgo, Londres. ISBN 2-87997-207-8.
FERNÁNDEZ-ORDOÑEZ, J.A. (1996). La nueva pasarela de Abandoibarra. Revista de Obras Públicas, 3353:37-49.
FLAGA, K. (2000). Advances in materials applied in civil engineering. Journal of Materials Processing Technology, 106: 173-183.
GEDGE, G. (2008). Structural uses of stainless steel-buildings and civil engineering. Journal of Constructional Steel Research, 64:1194-1198.
HUI, M.C.H.; WONG, C.K.P. (2007). Stonecutters Bridge – durability, maintenance and safety considerations. Structure and Infrastructure Engineering, 5(3):229-243.
LO, K.H.; SHEK, C.H.; LAI, J.K.L. (2009). Recent developments in stainless steels. Material Science and Engineering R, 65:39-104.
MINISTERIO DE FOMENTO (2011). EAE Instrucción de Acero Estructural. Secretaría General Técnica.
MUÑOZ, E.; DAZA, R.D.; SALAZAR, F. (2002). Metodología de evaluación estructural de puentes metálicos por técnicas de fiabilidad estructural. Revista Ingeniería de Construcción, 17(1):44-52.
PASCUAL, J.; RIPA, T.; MILLANES, F. (2004). Algunas singularidades del acero inoxidable como material estructural. Congreso de la estructura de acero CEA 2004, La Coruña, pp. 220-238.
PÉREZ-GONZÁLEZ, J.A. (2008). Losas de concreto reforzadas con acero inoxidable de desecho. Revista Ingeniería de la Construcción, 23(2):72-81.
REAL, E.; MIRAMBELL, E. (2000). Estudio experimental del comportamiento a flexión de vigas de acero inoxidable. Hormigón y Acero, 216: 75-85.
REAL, E.; MIRAMBELL, E. (2005). Flexural behaviour of stainless steel beams. Engineering Structures, 27:1465-1475.
SOBRINO, J.A. (2006). Puente de acero inoxidable en Cala Galdana (Menorca). Revista de Obras Públicas, 3463:11-24.
SOBRINO, J.A.; GÓMEZ, M.D. (2004). Aspectos significativos de cálculo en el proyecto de puentes de ferrocarril. Revista de Obras Públicas, 3445:7-18.

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

Sistema «lift-slab», precursor de los forjados postesados

Las losas de hormigón postesado en edificación pueden encontrarse ya en el año 1955 en los Estados Unidos, cuando apareció un sistema de construcción denominado «lift-slab», patentado por Tom Slick, que consistía en hormigonar las losas en la planta baja de forma que sirvieran de encofrado para las otras, y elevarlas hasta su posición definitiva tras sucesivas operaciones de izado. En pocos años, entre los años 50 y 60, los constructores emplearon este método constructivo, que se hizo con una parte muy importante del mercado de la edificación americano.

Inicialmente, las losas eran de hormigón armado, lo que generaba dos problemas básicos:
— Las losas tendían a pegarse las unas con las otras en el momento del izado y se fisuraban debido al peso propio añadido al tratar de despegarlas.
— En vanos de 8,5 a 9 m los espesores de las losas oscilaban entre 20 y 25 cm., por lo que las deformaciones eran un problema considerable.

Los ingenieros que trabajaban con este método constructivo tenían conocimiento del pretensado y del modo como podía evitar las deformaciones. En estas primeras realizaciones el postesado empezó a solucionar los problemas del aligeramiento del peso para reducir flechas y la fisuración. La técnica del postesado ya se utilizaba por aquellos años en Europa en puentes y otras tipologías constructivas.

Los sistemas más conocidos de izado de forjados son el Jack Block en el que los gatos están situados en la parte inferior y el Lift-Slab en el que los gatos se colocan sobre los pilares. En el caso del Lift-Slab los forjados se construyen unos sobre otros, eliminándose así todo encofrado, interponiéndose entre dos consecutivos unas láminas de separación. Este procedimiento permite ejecutar los forjados en óptimas condiciones, sobre un plano horizontal, sin puntales ni encofrados, a cambio de una elevación cuidadosa de cada una de las placas y la ejecución de las uniones de elementos ya terminados, donde a veces es difícil establecer la continuidad.

Os dejo a continuación un vídeo donde podemos ver los principios básicos de este procedimiento constructivo. Espero que os guste.

Aquí puedes ver una animación al respecto:

Conjetura sobre la existencia de puentes romanos sobre el Turia a su paso por Valencia

valenciahistoriadelaciudadvalenciarepublicana01 — © SIAM Ajuntament de Valencia

Quería dejar constancia en esta entrada de la gran labor que el profesor Modest Batlle, de la Escuela de Ingenieros de Caminos de Barcelona, está llevando como coordinador de la revista «Cuadernos de diseño en la obra pública» (ISSN: 2013-2603) . Se trata, probablemente, de una de las pocas revistas cuyo objetivo es la toma de conciencia de la importancia que tiene el diseño en las obras de ingeniería. Acaban de editar el número 5 de la revista con colaboradores tales como Javier Manterola, José Luís Manzanares, Francisco Bueno, Jorge Bernabeu o Teresa Navas. En dicho número también he tenido la oportunidad de participar con un artículo denominado «Conjetura sobre la existencia de puentes romanos sobre el Turia a su paso por Valencia». Os lo paso por si os resulta de interés y os animo a leer el resto de la revista.

Referencia:

YEPES, V. (2013). Conjetura sobre la existencia de puentes romanos sobre el Turia a su paso por Valencia. Cuadernos de diseño en la obra pública, 5:14-19.

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Algoritmos meméticos para el diseño de puentes de carretera de vigas prefabricadas de hormigón pretensado con fibras de acero

Nos han publicado un artículo científico en la prestigiosa revista Journal of Structural Engineering, del ASCE (American Society of Civil Engineers). Esta investigación se enmarca dentro del proyecto HORSOST que está desarrollando nuestro equipo de investigación, y he pensado que puede ser de interés comentarla brevemente en el blog.

En este trabajo se describe la influencia de las fibras de acero en el diseño de coste mínimo de puentes de carretera de vigas prefabricadas con sección transversal en doble U pretensadas y vanos isostáticos. Para ello se utiliza un algoritmo memético con una búsqueda en entornos variable (MA-VDNS) para optimizar el coste de estas estructuras contando las fases de fabricación, transporte y construcción del puente. El problema implica 41 variables de diseño discretas que definen la geometría de la viga y de la losa, los materiales en ambos elementos, las armaduras pasiva y activa y la resistencia residual a tracción de las fibras. El uso de las fibras disminuye el peso medio de la viga en un 1,72% y reduce el número medio de tendones en un 3,59%; sin embargo, incrementa un 8,71% de media la armadura pasiva necesaria. Por último, y a pesar del mayor coste del hormigón con fibras, se comprueba que su uso es económicamente viable, pues se consigue una diferencia relativa media de coste respecto al hormigón sin fibras, inferior al 0,19%.

Resultados interesantes:

A pesar del mayor coste económico del hormigón con fibras y de que el estado de decompresión del hormigón no ocurre en ninguna fibra de la sección de la viga por el pretensado, el hormigón con fibras es competitivo económicamente respecto al no uso de fibras, puesto que la diferencia relativa es inferior al 5,36% en el peor de los casos.
El estudio paramétrico realizado indica una buena correlación del coste, canto y peso de la viga y número de tendones respecto a la luz del puente. Esto permite un predimensionamiento ajustado.
Se ha comprobado que las fibras reducen de media un 3,59% el número de tendones necesarios, lo cual significa que su uso puede compensar parte del pretensado necesario.
Sorprende comprobar que el uso de fibras incrementa de media un 8,71% la armadura necesaria por unidad de superficie de losa. Esto se puede explicar debido a que la carestía del hormigón con fibras hace que el algoritmo intente disminuir su volumen, lo cual se compensa con el incremento de armadura pasiva.
En el caso de las estructuras óptimas, se ha encontrado una reducción del 6% del peso de las vigas realizadas con fibras, lo cual puede ser relevante para el transporte e izado de los elementos.

Referencia:

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

Abstract

This paper describes the influence of steel fiber-reinforcement on the design of cost-optimized, prestressed concrete, precast road bridges, with a double U-shaped cross-section and isostatic spans. A memetic algorithm with variable-depth neighborhood search (MA-VDNS) is applied to the economic cost of these structures at different stages of manufacturing, transportation and construction. The problem involved 41 discrete design variables for the geometry of the beam and the slab, materials in the two elements, active and passive reinforcement, as well as residual flexural tensile strength corresponding to the fibers. The use of fibers decreases the mean weight of the beam by 1.72%, reduces the number of strands an average of 3.59%, but it increases the passive reinforcement by 8.71% on average, respectively. Finally, despite the higher cost of the fibers, their use is economically feasible since the average relative difference in cost is less than 0.19%.

Keywords: Heuristic optimization; precast beam; prestressed concrete bridge; steel fiber; structural design.

Link: http://ascelibrary.org/doi/abs/10.1061/%28ASCE%29ST.1943-541X.0001058

Aplicación de metaheurísticas en la optimización de pasos superiores de carreteras

Resumen–El artículo se ocupa de la optimización económica de los tableros de los pasos superiores de carreteras formados por una losa de hormigón ejecutada in situ y dos vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado autocompactable. Se comprueba la eficacia de las distintas metaheurísticas aplicadas en la optimización: “descent local search” (DLS), “simulated annealing” (SA), “threshold accepting” (TA), “genetic algoritms” (GA) y “memetic algorithms” (MA). Los cálculos de las tensiones y de sus envolventes, son programados en lenguaje fortran directamente por los autores. Los algoritmos de optimización heurística se aplican a un tablero de 35 m de luz y 12 m de ancho. Los parámetros que definen la forma de la sección de la viga se adaptan a los moldes de una instalación de prefabricados. El ejemplo que se analiza consta de 59 variables discretas. El módulo de la evaluación incluye los estados límite último y de servicio que se aplican comúnmente para estas estructuras: flexión, cortante, torsor, fisuración, flechas, etc. Los algoritmos SA y TA se han calibrado previamente a partir del DLS, y el MA a partir del GA y del SA. Cada heurística se procesa nueve veces, obteniéndose información estadística sobre el valor mínimo, el medio y las desviaciones. Se realiza un análisis del rendimiento de las distintas heurísticas, basado en un estudio de las soluciones Pareto-óptimas entre tiempo de ejecución y rendimiento. Los mejores resultados se obtienen para el SA y el TA, siendo el coste mínimo de 108008 €, correspondiente al SA. Finalmente, entre las principales conclusiones de este estudio, destaca que las soluciones y los tiempos de proceso computacional son tales, que estos métodos se pueden aplicar de un modo práctico a casos reales, y que el conocimiento derivado del uso de estos algoritmos permiten recomendar rangos de valores para emplearlos en el diseño optimizado de estas estructuras y en su aplicación para los predimensionados de las variables.

Palabras clave—Optimización, metaheurística, puentes, pasos superiores, diseño de estructuras.

Referencia: MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Aplicación de metaheurísticas en la optimización de pasos superiores de carreteras. X Congreso Español de Metaheurísticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, Mérida, pp. 241-247. ISBN: 978-84-697-2150-6.

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Investigación e innovación en puentes y torres eólicas prefabricadas de hormigón pretensado

A continuación os dejo una ponencia presentada por el catedrático de la UPC Antonio Marí dentro de la Jornada de Recerca i Innovació celebrada en Barcelona el 15 y 16 de noviembre de 2011. Los autores de la ponencia son, además, Jesús M. Bairán, Eva Oller y Noemí Duarte.

Se trata de una ponencia sobre investigación e innovación en puentes y torres prefabricadas de hormigón pretensado. Espero que os guste.

¿Las hormigas nos pueden enseñar a optimizar puentes?

A veces la Naturaleza nos sorprende cada día más. ¿Es posible que el comportamiento de las hormigas nos ayude a optimizar estructuras complejas, como, por ejemplo, un puente? Pues vamos a ver que sí. Este artículo es una continuación de otros artículos en los que hablamos de la posibilidad de optimizar estructuras de hormigón. La optimización por colonia de hormigas (ant colony optimization) será una metaheurística que nos permitirá realizar este tipo de operaciones. A continuación vamos a contar los fundamentos básicos y en las referencias os dejo, incluso, algunos artículos donde hemos podido utilizar esta técnica de forma exitosa.

Colorni, Dorigo y Maniezzo (1991) sugirieron la idea de imitar el comportamiento de los insectos para encontrar soluciones a los problemas de optimización combinatoria. El principio de la metaheurística denominada “Ant System Optimization, ACO” se basa en el comportamiento colectivo de las hormigas en la búsqueda de alimentos para su subsistencia, capaces de encontrar el camino más corto entre una fuente de comida y su hormiguero.

Primero, las hormigas exploran el entorno de su hormiguero de forma aleatoria. Tan pronto como un individuo encuentra una fuente de comida, evalúa su cantidad y calidad y transporta un poco al hormiguero. Durante el regreso, la hormiga deja por el camino una señal odorífera, depositando una sustancia denominada feromona, para que las demás hormigas puedan seguirla. Después de un tiempo, el camino hacia el alimento se indicará por un rastro oloroso que crece con el número de hormigas que lo recorren y desaparece en caso contrario. El resultado final es la optimización del trabajo de todo el hormiguero en su búsqueda de comida.

En la Figura se muestra cómo las hormigas encuentran el camino más corto. En a) las hormigas deben decidir un camino; en b) se toma uno al azar; en c) dado que la velocidad de una hormiga se considera aproximadamente constante, las que llegan antes vuelven eligiendo el camino con mayor acumulación de feromona. En d), se circula por el camino más corto, desapareciendo por evaporación el rastro en el más largo.

La analogía con una metaheurística de optimización puede establecerse de la siguiente forma:

La búsqueda de alimento por las hormigas es equivalente a la exploración de soluciones factibles a un problema combinatorio.
La cantidad de alimento hallada en un lugar es similar al valor de la función objetivo.
El rastro de feromona es la memoria adaptativa del método.

Un esquema básico de la metaheurística sería el siguiente:

Iniciar un rastro de feromona.
Mientras no se encuentre un criterio de parada:
1. Para cada hormiga artificial, construir una nueva solución a partir del rastro actual y evaluarla.
2. Actualizar el rastro de feromona.

El componente más importante de un sistema de hormigas es la gestión de las huellas olfativas. En su versión estándar, los rastros se usan en relación con la función objetivo para construir nuevas soluciones. Una vez se ha construido, éstos se actualizan de la siguiente forma: primero todos los rastros se debilitan para simular la evaporación del feronoma; después aquellos que corresponden a los elementos que se han empleado para la construcción, se refuerzan teniendo en cuenta la calidad de la solución.

El siguiente vídeo puede ayudaros a comprender el comportamiento de las hormigas. Espero que os guste.

Referencias:

COLORNI, A.; DORIGO, M.; MANIEZZO, V. (1991). Distributed optimization by ant colonies, in VARELA, F.J.; BOURGINE, P. (eds.) Proceedings of the First European Conference on Artificial Life (ECAL-91). The MIT Press: Cambrige, MA, 134-142.

MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; ALCALÁ, J. (2011). Design of tall bridge piers by ant colony optimization. Engineering Structures, 33:2320-2329.

MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2010). Heuristic Optimization of RC Bridge Piers with Rectangular Hollow Sections. Computers & Structures, 88: 375-386. ISSN: 0045-7949. (link)

YEPES, V. (2003). Apuntes de optimización heurística en ingeniería. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2003.249. Valencia, 266 pp. Depósito legal: V-2720-2003.

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Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón (y IV)

UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (y IV)

Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)

Próximos retos de la industria del prefabricado de hormigón

La propia industria reconoce que no sólo tiene una responsabilidad para mejorar su comportamiento por la creciente demanda de soluciones sostenibles, sino que parte de su competitividad futura crecerá si es capaz de sacar provecho del potencial inherente que tiene el propio concepto de construcción industrializada con elementos prefabricados de hormigón, tal y como hemos ido destacando anteriormente, algo que cada vez es más apreciado por proyectistas e ingenieros, promotores, empresas constructoras, compañías aseguradoras y en general, los usuarios finales (que al fin y al cabo, acabamos siendo todos).

Una de las aparentes desventajas de los productos de hormigón es su contenido en cemento, y más en particular la cantidad de Clinker incorporada, causante de una parte importante de las emisiones globales de CO2. De esta forma, las industrias cementeras y del prefabricado deben invertir enormes esfuerzos en optimizar el uso del cemento, mejorando la hidratación del mismo y ajustando la proporción del mismo para reducir el CO2 embebido. El uso de adiciones como las escorias granuladas de altos hornos, las cenizas volantes y el humo de sílice está en pleno crecimiento, lo que supone una reducción de las emisiones de CO2 que conllevan con respecto al cemento Portland^[9].

La sostenibilidad en las plantas de prefabricados se traslada a la eficiencia de los recursos, mediante la reducción de residuos o a través de la certificación bajo normas como la ISO 14001 y EMAS. Las nuevas fábricas suelen incorporar grandes sistemas de reciclado para la reutilización del agua sobrante del proceso productivo, o cualquier otro material de desecho. Nada de esto sería posible sin la aportación de una capacitación humana de gran desempeño y que se implique para el éxito de la empresa en este enfoque sostenible, que en muchos casos acaban siendo el motor de la introducción de nuevas técnicas de ahorro de energía, iniciativas de reciclaje e incluso programas con la comunidad local.

Debe destacarse por encima de todas el plan estratégico “Precast Sustainability Strategy and Charter” de la Asociación Británica de Prefabricados de Hormigón ^[10]. Firmado por primera vez en 2007 por 17 empresas, está incluido ya hoy dentro del programa de acción “Raising the Bar” y al que todas las compañías asociadas están comprometidas a cumplir. Este plan anima a dichas empresas a ir más allá de lo que exige la legislación vigente, de tal forma que lleven a cabo acciones voluntarias que permitan una mayor sostenibilidad en los productos y operaciones que realizan. Para cumplir estos retos, se han desarrollado un conjunto de principios sostenibles adaptados a la dinámica propia de la industria. El primer periodo se enmarcó entre 2008 y 2012, en el que 12 de los 14 objetivos fueron alcanzados. En 2013, el Consejo Británico del Prefabricado aprobó una nueva batería de medidas a cumplir en el año 2020, tomando como base algunos datos de 2012.

10% de reducción de la energía total utilizada en la fabricación
20% de reducción de las emisiones de CO2
10% de reducción de los residuos en las fábricas
Reducir a menos de 0,5 kg/Tn los residuos de fábrica a enviar a vertedero
Incremento al 25% de la proporción de adiciones alternativas al cemento
Incremento al 25% de la proporción de áridos reciclados o secundarios
20% de reducción del consumo total de agua
Reducción a la mita del riesgo de accidentes laborales entre 2015 y 2020
Ampliar el peso total fabricado, así como el número de centros productivos, certificados bajo algún sistema de gestión medioambiental (p.ej. ISO 14001) al 95%. Mismo objetivo para la certificación bajo algún sistema de gestión de calidad (p.ej. ISO 9001) o cubiertos por alguna norma de uso de fuentes responsables
Reducción de condenas por vertidos a la atmósfera y al agua a cero
Mejorar la captación de datos de transporte en 2015 (se fijará un Nuevo objetivo en 2016)
Incrementar el número de empleados cubiertos por un sistema de gestión certificado (p.ej. ISO 9001/ ISO 14001/ OHSAS 18001) al 100%
Incrementar el número de empleados cubiertos por el programa de formación y cualificación de la MPA al 100%
Mantenimiento del 100% de centros productivos que cuentan con programas de apoyo a la comunidad local

Otro asunto importante a tratar será el cumplimiento de las empresas de prefabricados con el nuevo requisito básico “Uso sostenible de los recursos naturales” que se incluyó en el Reglamento UE 305/2011 de Productos de Construcción ^[11]. Las obras de construcción deberán proyectarse, construirse y demolerse de tal forma que la utilización de los recursos naturales sea sostenible y garantice en particular:

La reutilización y la reciclabilidad de las obras de construcción, sus materiales y sus partes tras la demolición;
La durabilidad de las obras de construcción;
La utilización de materias primas y materiales secundarios en las obras de construcción que sean compatibles desde el punto de vista medioambiental.

La industria está analizando cómo presentar de la forma más clara y creíble los datos para los análisis de ciclo de vida (ACV), mediante el empleo de declaraciones ambientales de producto verificadas por tercera parte que cumplan con las nuevas normativas, como es el caso europeo. Esta información además resultará de interés porque podrá ir incluida en los sistemas BIM (Modelo de información de la Construcción). Esto permitirá a que los técnicos alcancen durante el desarrollo del proyecto un impacto reducido de los indicadores de la sostenibilidad tanto en edificios como en infraestructuras, todo ello basado en datos fiables que se ajusten a la realidad a lo largo de su vida útil. Esto además servirá para que los fabricantes optimicen sus procesos de producción, a partir de una mejora en la eficiencia de los recursos (materias primas, agua y energía), la minimización de residuos e incluso un incentivo para el empleo de materiales y fuentes de energía alternativos

Esta preocupación medioambiental (sostenible) debería ir convirtiéndose en un estímulo creciente en cualquier empresa. Este enfoque ya se está implementando en las tomas de decisiones de las compañías, motivado especialmente por la mayor apuesta de las administraciones públicas, como puede ser el caso de las políticas y procedimientos de compra verde que ya están instaurados en países como Suecia o Noruega, o ha sucedido más recientemente en el País Vasco ^[12], que promueve un mayor uso de elementos prefabricados como vía para la no generación de residuos.

Referencias

[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment

[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design

[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works

[4] Draft EN 15643-5 Sustainability of construction works – Sustainability assessment of buildings and civil engineering works – part 5: framework on specific principles and requirement for civil engineering works

[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products

[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.

[7] «EPD Arroyo Valchano railway bridge». Acciona Infraestructuras, EPD. 2013

[8] 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

[9] «Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete». British Precast, 2008

[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013

[11] Reglamento (UE) No 305/2011 del Parlamento Europeo y del Consejo por el que se establecen condiciones armonizadas para la comercialización de productos de construcción y se deroga la Directiva 89/106/CEE del Consejo

[12] «Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca». ihobe. 2011

Sobre los autores:

Alejandro López-Vidal. Nacido en 1978. Ingeniero Industrial por la Universidad de León. Ha desempeñado diversos cargos en ANDECE (Asociación Española de la Industria del Prefabricado de Hormigón) desde 2008, pasando a ocupar el puesto de Director Técnico en 2013. Es miembro de varias organizaciones relacionadas con la industria del prefabricado de hormigón, como son las Comisiones Técnica y Medioambiental de BIBM, o siendo el delegado español en el Comité de Normalización Europeo CEN/TC 229. Es Coordinador del Primer Máster Internacional sobre Construcción con Prefabricados de Hormigón en lengua hispana. Como aspectos interesantes relativos a la construcción sostenible, es secretario técnico del comité espejo español del CEN/TC 350 para los temas de sostenibilidad en la edificación, y colabora actualmente con el Grupo de Trabajo 6.15 de la FIB que está desarrollando un nuevo documento sobre la sostenibilidad de las estructuras prefabricadas.

Víctor Yepes. Nacido en 1964. Doctor Ingeniero de Caminos, Canales y Puertos. Catedrático Acreditado por ANECA y Profesor Titular en la Universitat Politècnica de València. Actualmente está implicado en varios proyectos de investigación relacionados con la optimización y la evaluación del ciclo de vida de las estructuras de hormigón. Imparte clases sobre métodos de construcción, innovación y gestión de la calidad. Es además director del Máster en Ingeniería del Hormigón. También es investigador senior en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) y dirige el Proyecto de investigación BRIDLIFE: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados en términos de eficiencia social y medioambiental, bajo presupuestos ajustados”.

Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón (III)

UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (III)

Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)

Casos prácticos

Figura 4.- Construcción de un puente en el mar mediante el empleo de cajones prefabricados de hormigón para la formación del tablero

Deben reseñarse los casos de dos compañías internacionales españolas como FCC y ACCIONA. Por parte de FCC, se ha desarrollado una metodología propia de evaluación de la sostenibilidad en obra civil denominada SAMCEW que tiene en cuenta la experiencia adquirida por la aplicación de su propio sistema interno de gestión de la sostenibilidad durante los últimos años. Se trata de una metodología de análisis flexible y ajustable en función del tipo de obra civil, la ubicación, las características del proyecto o de la etapa evaluada, que implicará que ciertos aspectos tengan mayor impacto que otros. En cuanto a ACCIONA, ha llevado a cabo iniciativas interesantes en materia de cuantificar el grado de sostenibilidad de algunas de sus obras, siendo pionera a nivel mundial en la obtención de declaraciones ambientales en infraestructuras, como son los casos de las evaluaciones realizadas sobre el viaducto ferroviario “Arroyo Valchano” ^[7] en la línea de AVE Madrid-Galicia y que incluye un análisis “cuna a puerta” de todos los materiales utilizados, o un tramo de carretera de la N-340 en Elche (Alicante).

Descripción del puente de ferrocarril “Arroyo Valchano”

El puente aloja una doble vía de ferrocarril que ha sido construida exclusivamente para el transporte de pasajeros. El tablero consta de vigas prefabricadas y una losa de hormigón hecha in situ, con la siguiente distribución de los vanos: 35 + 5×45 +35 = 295 m. La losa tiene un ancho de 14 m y tiene un espesor variable. La unidad funcional escogida es “1 m de puente”.

Límites del sistema y calidad de los datos

La EPD cubre solamente la estructura del Puente. El análisis del ciclo de vida se refiere a la producción de los distintos materiales utilizados, el transporte de éstos a la obra y la fase de ejecución del puente. No se han considerado el resto de fases como la etapa de servicio del puente o las tareas de mantenimiento.

Comportamiento ambiental

Los datos genéricos seleccionados para la producción de las materias primas y los combustibles se tomaron de la base de datos de PE utilizando el programa GaBi 6. Los resultados se indicaron para una vida útil de servicio del puente de 60 años.

Figura 3.- Categorías de impacto para la construcción de 1 m del puente “Arroyo Valchano”

A nivel de investigación, debe destacarse el proyecto “Optimización del coste y las emisiones de CO2 de los puentes de carretera con vigas artesas prefabricadas de hormigón pretensado en U, mediante un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas” ^[8]. Esta investigación describe una metodología para optimizar el coste y las emisiones de CO2 cuando se diseña el puente utilizando vigas prefabricadas pretensadas con sección transversal en forma de doble artesa. Para su finalización, el algoritmo utilizado (acrónimo en inglés, SAGSO) se utiliza combinando el efecto sinérgico de una búsqueda local con el recocido simulado (SA) y una búsqueda global con la optimización por enjambre de luciérnagas (GSO). La solución de la estructura del puente se define a partir de 40 variables, que incluyen la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Respecto al material, se ha utilizado hormigón de alta resistencia así como hormigón autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados obtenidos proporcionan una excelente guía a los ingenieros para el diseño de puentes prefabricados de hormigón pretensado. El análisis reveló además que por cada 1€ de ahorro, se reduce la emisión de 1,75 kg de CO2. Finalmente, el estudio paramétrico indico que las soluciones óptimas económicas conllevan resultados satisfactorios medioambientalmente hablando, y que difieren muy poco de la mejor solución posible si fuese analizada exclusivamente desde la perspectiva medioambiental.

Referencias

[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment

[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design

[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works

[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products

[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.

[7] «EPD Arroyo Valchano railway bridge». Acciona Infraestructuras, EPD. 2013

[9] «Little Green Book of Concrete – sustainable construction with precast concrete». British Precast, 2008

[10] “Precast Sustainability Strategy and Charter”. British Precast Concrete Association, 2013

[12] «Manual práctico de compra y contratación pública verde. Modelos y ejemplos para su implantación por la administración pública vasca». ihobe. 2011

Sobre los autores:

Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón (II)

UNA PRIMERA APROXIMACIÓN HACIA LA SOSTENIBILIDAD EN LA OBRA CIVIL CON SOLUCIONES PREFABRICADAS DE HORMIGÓN (II)

Alejandro López-Vidal (ANDECE) y Víctor Yepes (Universitat Politècnica de València)

Papel de las soluciones prefabricadas de hormigón para mejorar la sostenibilidad de las obras de ingeniería civil

Es evidente que hay una demanda creciente que exige soluciones constructivas que permitan alcanzar el desarrollo sostenible. En este contexto, la industria de los prefabricados de hormigón es cada vez más consciente de que debe establecer mecanismos para una mayor eficiencia en el uso de los recursos y de qué forma los productos puedan contribuir a lograr construcciones más ecológicas.

El concepto de obra civil incluye a un amplio número de proyectos, en los cuales los productos prefabricados de hormigón ofrecen un papel cada vez más relevante:

Campos de la obra civil	Infraestructuras	Elementos prefabricados de hormigón
Infraestructuras de procesos industriales	Plantas de generación eléctrica	Muros o cualquier otros elemento prefabricado estructural
	Instalaciones para la distribución de electricidad, gas, agua, etc.	Tubos, pozos de registro y cámaras de inspección, marcos
	Agua y otros sistemas de tratamiento	Depósitos de aguas residuales y fosas séticas, retenedores de grasas
	Generación y suministro de energía	Postes para aerogeneradores, líneas eléctricas, de telecomunicaciones, iluminación, etc.
Infraestructuras lineales	Puentes	Prelosas, vigas, pilas, estribos
	Pasarelas	Cualquier elemento es prefabricable
	Carreteras	Barreras de seguridad, losas de calzadas, paneles acústicos
	Líneas de ferrocarril	Traviesas, vía en placa
	Tuneles	Bóvedas, dovelas
Diques y otras construcciones fluviales	Canales	Losas y muros prefabricados
Diques y otras construcciones fluviales	Defensas frente a inundaciones	Sistemas de contención
Construcciones marítimas	Puertos	Pantalanes, pavimentos
Construcciones marítimas	Rompeolas	Bloques macizos
Otras obras de ingeniería civil	Public realm works	Pavimentos, mobiliario urbano

Tabla 1.- Productos Prefabricados de hormigón para construcciones de obra civil, acorde con la clasificación del apartado 5 del borrador de la norma ISO 21931-2 ^[3]

Figura 2.- Traviesas y dovelas juegan un papel fundamental en la construcción de líneas de ferrocarril y túneles, como sucede actualmente en dos de las mayores obras que se están acometiendo, como son los nuevos túneles subterráneos que cruzan el Estrecho del Bósforo en Estambul (Turquía) y la nueva línea de Londres (Inglaterra).

El diseño sostenible de un edificio es diferente al que tiene una infraestructura. Mientras que en los edificios son esenciales los requisitos de resistencia al fuego, aislamiento acústico o eficiencia energética, las exigencias de comportamiento de la obra civil se mueven en otros caminos distintos. De hecho, hay una clara diferenciación en cuanto a la importancia de las etapas durante el ciclo de vida de la construcción. Mientras que en la edificación la fase de uso es la más importante, ya que es responsable de aproximadamente el 80% del impacto ambiental del ciclo completo, es durante la ejecución de la infraestructura cuando resultan los mayores impactos, incluso más allá que en la fase de servicio de la misma.

Algunos de los criterios asumidos como sostenibles ya eran parte intrínseca de los procesos de producción de elementos prefabricados de hormigón en las últimas décadas, como son el uso eficiente de materiales o la mejora motivada por el empleo de hormigones de alta resistencia, aunque cabe indicar que todavía existe un amplio potencial de crecimiento:

Características elementos prefabricados de hormigón	Medioambiental	Social	Económica
Durabilidad (incremento de la vida útil)	Soluciones eficaces a largo plazo suponen una preservación de los recursos naturales, una reducción de los impactos, ahorro de energía y una mejora del potencial de extracción de los recursos	Una vida prolongada de las infraestructuras implica menores perturbaciones a los ciudadanos	Los costes iniciales se amortizan en un periodo de tiempo más lagoMenor mantenimiento (reducción de costes)
Industrialización	Construcción sin apenas residuosConstrucción en seco: los elementos Prefabricados llegan a obra justo para su colocación	Seguridad laboral mejorada: menor riesgo de accidentes	Devolución más rápida de créditos de financiación
Eficiencia de los recursos	Reducción del consume de recursos naturales mediante el uso de materiales de desecho en los productos (p.ej. áridos reciclados procedentes de residuos de hormigón de la propia planta)	Eliminación parcial de un problema global	Uso mayor de materiales con propiedades mejores (p.ej. hormigones de alta resistencia/prestaciones, técnica del pretensado) que implican una optimización de la relación consumo de materiales/coste
Mayor uso de hormigones autocompactantes	Reduce el consumo eléctrico	La eliminación de las vibraciones implica unas condiciones en fábrica mucho más confortables y seguras
Origen de las materias primas	Las redes de suministro locales suponen distancias planta-obra más cortas, con lo que la huella ambiental se reduceTodos los materiales proceden de fuentes naturales, y principalmente de origen inorgánico	Los materiales están disponibles de forma local, mejorando la economía y el empleo en la zona
Carbonatación	Reabsorción del CO2 de la atmósfera	Eliminación parcial de un problema global
Fotocatálisis	Disminución de los efectos de la contaminación del aire (NOx, etc.)	Reducción de enfermedades respiratorias

Tabla 2.- Algunas ventajas de los elementos prefabricados de hormigón para obras de ingeniería civil, analizadas desde los tres dimensiones de la sostenibilidad

Referencias

[1] BREEAM, Building Research Establishment Environmental Assessment

[2] LEED, Leadership in Energy and Environmental Design

[3] Draft ISO 21931-2 Sustainability in building construction — Framework for methods of assessment of the sustainability performance of construction works. Part 2: Civil Engineering Works

[5] ISO 21930:2007 Sustainability in building construction – Environmental declaration of building products

[6] UNE-EN 15804:2012+A1:2014 Sostenibilidad en la construcción. Declaraciones ambientales de producto. Reglas de categoría de producto básicas para productos de construcción.

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