ingeniería civil – Página 14 – El blog de Víctor Yepes

Rendimiento de los métodos de detección de daños estructurales basados en la función de respuesta en frecuencia y la densidad espectral de potencia

Acaban de publicarnos un artículo en DYNA, revista indexada en el JCR. Se trata de comparar el rendimiento de los métodos de detección de daños estructurales basados en la función de respuesta en frecuencia y la densidad espectral de potencia. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Los recientes sucesos catastróficos han despertado un gran interés en la comunidad científica en relación con la evaluación y predicción de la respuesta estructural a lo largo del ciclo de vida de las infraestructuras. Se están realizando esfuerzos para desarrollar sistemas adecuados de monitorización de las estructuras que ayuden a prevenir futuras pérdidas de vidas humanas y económicas. Aquí se presentan dos métodos no destructivos de detección de daños: el basado en la función de respuesta en frecuencia y el basado en la función de densidad espectral. El desempeño en la detección de daños de ambos métodos se compara a través de un caso de estudio concreto, en el que se analizan diferentes escenarios de daños en un puente en celosía 2D. La fiabilidad de cada método se estudia en términos de diferentes errores de predicción. Los resultados numéricos muestran que el método PSD para la detección de daños en una estructura de puente en celosía de acero proporciona resultados más precisos y robustos en comparación con el basado en el método FRF.

Abstract:

Recent catastrophic events have aroused great interest in the scientific community regarding evaluating and predicting the structural response along the life cycle of infrastructures. Efforts are put into developing adequate health monitoring systems to help prevent future human life and economic losses. Here, two non-destructive damage detection methods are presented: the Frequency Response Function-based and the Spectral Density Function-based methods. The damage detection performance of both methods is compared through a particular case study, where different damage scenarios are analyzed in a 2D truss bridge. The reliability of each method is studied in terms of different prediction errors. Numerical results show that the PSD method for damage detection on a steel truss bridge structure provides more accurate and robust results when compared to that based on FRF.

Keywords:

Structural Health Monitoring, Power Spectral Density Function, Frequency Response Function, Construction, Structures, Damage detection, Non-destructive

Reference:

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Performance comparison of structural damage detection methods based on Frequency Response Function and Power Spectral Density. DYNA, 97(5):493-500. DOI:10.6036/10504

Como el artículo se encuentra en abierto, os paso el documento para que os lo podáis descargar.

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Machine learning aplicado a la construcción: Un análisis de los avances científicos y del futuro próximo

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Automation in Construction, que es la revista indexada de mayor impacto JCR en el ámbito de la ingeniería civil. En este caso se ha realizado un análisis bibliométrico del estado del arte y de las líneas de investigación futura del Machine Learning en el ámbito de la construcción. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. En este caso, se trata de una colaboración con grupos de investigación de Chile, Brasil y España.

El artículo lo puedes descargar GRATUITAMENTE hasta el 11 de octubre de 2022 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/c/1fdIq3IhXMtgv2

Los complejos problemas industriales, junto con la disponibilidad de una infraestructura informática más robusta, presentan muchos retos y oportunidades para el aprendizaje automático (Machine Learning, ML) en la industria de la construcción. Este artículo revisa las técnicas de ML aplicadas a la construcción, principalmente para identificar las áreas de aplicación y la proyección futura en esta industria. Se analizaron estudios desde 2015 hasta 2022 para evaluar las últimas aplicaciones de ML en la construcción. Se propuso una metodología que identifica automáticamente los temas a través del análisis de los resúmenes utilizando la técnica de Representaciones Codificadoras Bidireccionales a partir de Transformadores para posteriormente seleccionar manualmente los temas principales. Hemos identificado y analizado categorías relevantes de aplicaciones de aprendizaje automático en la construcción, incluyendo aplicaciones en tecnología del hormigón, diseño de muros de contención, ingeniería de pavimentos, construcción de túneles y gestión de la construcción. Se discutieron múltiples técnicas, incluyendo varios algoritmos de ML supervisado, profundo y evolutivo. Este estudio de revisión proporciona directrices futuras a los investigadores en relación con las aplicaciones de ML en la construcción.

Highlights:

State-of-the-art developed using natural language processing techniques.
Topics analyzed and validated by experts for consistency and relevance.
Topics deepened through application of bigram analysis and clustering in addition to traditional bibliographic analysis.
Identified five large areas, and detailed two to three groups of relevant lines of research.

Abstract:

Complex industrial problems coupled with the availability of a more robust computing infrastructure present many challenges and opportunities for machine learning (ML) in the construction industry. This paper reviews the ML techniques applied to the construction industry, mainly to identify areas of application and future projection in this industry. Studies from 2015 to 2022 were analyzed to assess the latest applications of ML techniques in construction. A methodology was proposed that automatically identifies topics through the analysis of abstracts using the Bidirectional Encoder Representations from Transformers technique to select main topics manually subsequently. Relevant categories of machine learning applications in construction were identified and analyzed, including applications in concrete technology, retaining wall design, pavement engineering, tunneling, and construction management. Multiple techniques were discussed, including various supervised, deep, and evolutionary ML algorithms. This review study provides future guidelines to researchers regarding ML applications in construction.

Keywords:

Machine learning; BERT; Construction; Concretes; Retaining walls; Tunnels; Pavements; Construction management

Reference:

GARCÍA, J.; VILLAVICENCIO, G.; ALTIMIRAS, F.; CRAWFORD, B.; SOTO, R.; MINTATOGAWA, V.; FRANCO, M.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; YEPES, V. (2022). Machine learning techniques applied to construction: A hybrid bibliometric analysis of advances and future directions. Automation in Construction, 142:104532. DOI:10.1016/j.autcon.2022.104532

UNE 180201:2022 Encofrados. Diseño general, requisitos de comportamiento y verificaciones

Figura 1. Norma Española UNE 180201:2022.

El 20 de julio del 2022 se editó la nueva norma UNE 180201 que trata sobre el diseño general, requisitos de comportamiento y verificaciones de los encofrados. Esta versión sustituye a la que estaba vigente, del año 2016. Esta norma ha sido elaborada por el Comité Técnico CTN 180 Equipamiento para trabajos temporales en obra, cuya secretaría desempeña la Asociación Española de Fabricantes de Maquinaria de Construcción, Obras Públicas y Minería (ANMOPYC).

Esta norma especifica los requisitos de comportamiento, los métodos de diseño (estructural y general) y las comprobaciones para encofrados. Los requisitos se aplican a los diferentes tipos de encofrados que habitualmente se emplean en la construcción.

Esta norma soluciona un par de problemas. En primer lugar, había una serie de productos sin normalizar (muros, encofrados horizontales, trepas, puntales, etc.) que requerían regulación. Por otra parte, había que normalizar aspectos que suponen deficiencias y mala praxis a lo largo de la vida útil de encofrado: diseño y fabricación deficientes, mal uso, mantenimiento incorrecto o falta de información (AFECI, 2021). Además, y esto es lo más importante, el vigente Código Estructural recoge en su articulado el cumplimiento de esta norma de cimbras.

Figura 2. Contenidos principales de la UNE 180201

Para los interesados en ampliar información general sobre cimbras os dejo los siguientes enlaces de mi blog: https://victoryepes.blogs.upv.es/?s=cimbra.

Además, os dejo un curso MOOC en línea, gratuito y masivo, que podéis empezar en cualquier momento y que, si se considera oportuno, puede dar lugar a un certificado oficial. El nombre de este curso es Introducción a los encofrados y las cimbras en obra civil y edificación y ya son más de 26.000 inscritos. Es un curso avalado por la Universitat Politècnica de València. El enlace es el siguiente: https://www.edx.org/es/course/introduccion-a-los-encofrados-y-las-cimbras-en-obr

Os dejo el vídeo de una ponencia desarrollada por Lluís Chabert Ramon (Sistemas Técnicos de Encofrados) en unas jornadas de la Associació de Consultors d’Estructures.

Esta presentación la podéis descargar aquí: https://aceweb.cat/wp-content/uploads/big-docs/ponencias-jornada-cimbras-marzo-2018/2-AFECI-UNE180201-20180322.pdf

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Os dejo un extracto de la norma proporcionada por la Asociación Española de Normalización UNE. A esta asociación hay que dirigirse para adquirir dicho documento.

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Referencias:

AFECI (2021). Guía sobre encofrados y cimbras. 3ª edición, Asociación de fabricantes de encofrados y cimbras, 76 pp.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Cimbras, andamios y encofrados. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.441. Valencia, 50 pp.

Participación en el Comité Científico de Congreso Internacional IALCCE2023

Tengo el placer de anunciar mi participación en el Comité Científico del IALCCE2023, Eighth International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering, que tendrá lugar en el campus del Politécnico de Milán (Italia), entre el 11 y el 15 de junio. Los Presidentes de este congreso son los profesores Fabio Biondini y Dan Frangopol.

El objetivo de IALCCE 2023 es reunir toda la investigación de vanguardia en el campo de la Ingeniería Civil de Ciclo de Vida y avanzar tanto en el estado de la técnica como en el de la práctica en este campo. Este simposio ofrecerá a académicos, ingenieros, arquitectos, consultores, contratistas, autoridades públicas y responsables de la toma de decisiones de todo el mundo la oportunidad de mantenerse al día con los últimos avances en el campo de la Ingeniería Civil de Ciclo de Vida.

Los sistemas de estructuras civiles e infraestructuras son la columna vertebral de la sociedad moderna y uno de los principales motores del crecimiento económico y el desarrollo sostenible de los países. Por lo tanto, es una prioridad estratégica consolidar y mejorar los criterios, métodos y procedimientos para proteger, mantener y mejorar la seguridad, la solidez, la durabilidad, la funcionalidad y la resistencia de los sistemas de estructuras e infraestructuras críticas en condiciones de incertidumbre.

En este contexto, la ingeniería civil está experimentando un profundo cambio hacia una filosofía de diseño orientada al ciclo de vida para satisfacer la creciente demanda de las necesidades económicas, medioambientales, sociales y políticas, y para incorporar los nuevos problemas medioambientales, como los efectos del calentamiento global y el cambio climático. También es necesario esforzarse por colmar el vacío existente entre la teoría y la práctica y fomentar la incorporación de los conceptos de ciclo de vida en los códigos, normas y especificaciones de diseño estructural. Para ello, se promueve la investigación y las aplicaciones en el seno de la Asociación Internacional de Ingeniería Civil del Ciclo de Vida (IALCCE).

Aplicación de optimización kriging para la búsqueda de estructuras óptimas robustas

Redheugh Bridge, Newcastle. © Copyright Stephen Richards and licensed for reuse under this Creative Commons Licence.

En todos los problemas estructurales existe una variabilidad o incertidumbre asociada. En el diseño de estructuras hay parámetros de diseño como las dimensiones de la estructura, las características mecánicas de los materiales o las cargas de diseño que pueden tener variaciones respecto al valor de diseño. Lo mismo ocurre a la hora de valorar una función objetivo asociada la estructura. Por un lado, a la hora de diseñar una estructura, el valor nominal utilizado es aquel que tiene una baja probabilidad de ocurrir (por ejemplo, la resistencia característica del hormigón es aquella que tiene una probabilidad del 5% de fallo). Además, se asignan coeficientes de seguridad asociados a una probabilidad de fallo determinada. Por otro lado, a la hora de valorar una función objetivo, como el coste o algún impacto medioambiental, el valor unitario de esta función suele ser la media. Dado este enfoque, la optimización estructural se convierte en una optimización determinista que desprecia los efectos de la incertidumbre asociada. Esto significa que la estructura tiene un comportamiento óptimo solo bajo las condiciones definidas inicialmente, pudiendo la respuesta variar significativamente cuando los valores se alejan de los valores de diseño.

A continuación os dejo una comunicación que presentamos en el 5th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, que se celebró del 23 al 25 de octubre de 2019 en Alicante (España). Se trata de la optimización de un puente de sección en cajón de hormigón postesado utilizando un metamodelo tipo Krigring.

Abstract:

All the structural problems have an associated variability or uncertainty. In the design of structures, there are parameters such as the dimensions of the structure, the mechanical characteristics of the materials, or the loads that can have variations concerning the design value. The goal of robust design optimization is to obtain the optimum design and be less sensitive to variations of these uncertain initial parameters. The main limitation of the robust design optimization is the high computational cost required due to the high number of optimizations that must be made to assess the sensitivity of the objective response of the problem. For this reason, the kriging model is applied to carry out the optimization process more efficiently. This work will apply robust design optimization to a continuous pedestrian bridge of prestressed concrete and box sections.

Keywords:

Post-tensioned concrete; Box-girder bridge; Robust design optimization; RDO; Kriging

Reference:

YEPES, V.; PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2019). Aplicación de optimización Kriging para la búsqueda de estructuras óptimas robustas. 5th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2019, 23-25 oct 2019, Alicante, Spain, pp. 81-94. ISBN: 978–84–17924–58–4

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Problema resuelto sobre distancia crítica de transporte

En un artículo anterior definimos la distancia crítica de transporte en un movimiento de tierras como aquella distancia en la que el equipo de cargadoras y camiones está equilibrado. Es decir, ni sobran ni faltan camiones o cargadoras. O dicho de otra forma, es la distancia de transporte en la que no existen esperas en las máquinas. Esta es una distancia teórica, puesto que para calcularla debemos conocer todos los datos de antemano, y estos no son deterministas. Por otra parte, en obra ocurre lo contrario: tenemos una distancia de transporte como dato, pero en este caso se trataría de saber cuántos camiones y cargadoras serían necesarios para que no existiesen demoras. Afortunadamente en obra se puede corregir rápidamente cualquier desfase. En dicho artículo proporcionamos, incluso, una calculadora en línea para que se pudiesen visualizar los cambios.

Aquí lo que presento es un problema resuelto que, espero, os sea de interés. Este problema lo puse en su momento en un examen de Procedimientos de Construcción, en la ETS de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de Valencia.

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Referencias:

YEPES, V. (1995). Maquinaria de movimiento de tierras. Servicio de Publicaciones de la Universidad Politécnica de Valencia. SP.UPV-264. 144 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente n.º 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

YEPES, V. (2022). Gestión de costes y producción de maquinaria de construcción. Colección Manual de Referencia, serie Ingeniería Civil. Editorial Universitat Politècnica de València, 243 pp. Ref. 442. ISBN: 978-84-1396-046-3

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

El Puente del Mar sobre el viejo cauce del Turia en Valencia. Una aproximación histórica, estética y constructiva

El Puente del Mar, único de los históricos que quedó fuera del frente amurallado, ha sido clave en la estructura viaria de la ciudad de Valencia, pues salvaguardó la comunicación comercial con el puerto del Grao y con el Cabañal durante mucho tiempo. Por este paso urbano circulaban cotidianamente las mercancías y vituallas que llegaban al puerto y aquellas otras destinadas a la exportación. Hasta la construcción de los puentes de Aragón y del Ángel Custodio, este fue el único paso hacia el mar. Como describe Carreres (referido por Garín, 1983:90-91), “La Ciutat sempre mirá amb especial predilecció aquest pont per esser el mes necesari per a la seua comunicación amb la mar, així es que quan alguna avinguda del riu l’enderrocava, tot seguit se’l va reparar, fins que a la fí es decidí a bastir-lo de pedra, proposantse fera prop de l’hort del convent del Remei i decidint-se posteriorment a que fóra emplaçat al costat dels fonaments de l’anterior”. Esta importancia estratégica implicó un esfuerzo constante de la ciudad por conservar y reconstruir el puente a lo largo de los años, expuesto a las sucesivas avenidas del Turia. Esta preocupación por garantizar la seguridad y rapidez de la comunicación al mar quedó patente en 1400, cuando el Consell dispuso la reparación del camino de la Mar y dos años más tarde, el arreglo de este acceso junto con los “pequeños puentes” (Cárcel, 1992). La riada de octubre de 1589 fue la que llevó a la Fàbrica Nova a promover la actual obra de fábrica, cuya construcción finalizó el año 1596.

Os dejo a continuación el artículo completo.

Referencia:

YEPES, V. (2010). El Puente del Mar sobre el viejo cauce del Río Turia en Valencia. Una aproximación histórica, estética y constructiva. Universitat Politècnica de València, 22 pp. DOI:10.13140/RG.2.2.20353.53609

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Comparativa entre el Código Estructural (CE) y la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08)

Os paso a continuación un documento, en abierto, que, aunque breve, resulta muy interesante. Realiza una comparativa entre el Código Estructural y la Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08). Este documento se ha realizado bajo la supervisión del Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (IETcc) perteneciente al Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Dirección General de Agenda Urbana y Arquitectura del Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana.

Además, uno de los coautores, junto con Alejandro Calle García, es mi amigo Juan Carlos Arroyo Portero, profesor de estructuras de la Universidad Politécnica de Madrid y autor, entre otros, de los libros “Números gordos en el proyecto de estructuras” y “Montoya-esencial. Hormigón armado“. Recomendables ambos dos.

El enlace a este documento lo podéis encontrar aquí: https://www.codigotecnico.org/Guias/AvanceGuiaCE.html?fbclid=IwAR1Bbq_egzA-2fDmnbA3Ocj213eizqsKA2q1CEU6jcgLGDbIs2_vcQNa5ww&fs=e&s=cl

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Desarrollo de criterios sociales para la evaluación del ciclo de vida social de las infraestructuras ferroviarias

El diseño sostenible de las infraestructuras requiere la consideración de los impactos económicos, ambientales y sociales. Desde la firma del Acuerdo de París, se han hecho grandes esfuerzos para desarrollar las metodologías orientadas a evaluar los impactos económicos y ambientales a lo largo del ciclo de vida de las infraestructuras. Sin embargo, la evaluación de la dimensión social en el diseño de las infraestructuras todavía requiere un desarrollo significativo. La presente comunicación propone un conjunto de indicadores sociales orientados a la evaluación del ciclo de vida de las infraestructuras ferroviarias. En particular, se presenta la evaluación de los impactos sociales de una vía férrea convencional con balasto. A continuación, se sugiere un indicador basado en la aplicación de procedimientos de toma de decisión multicriterio que ayudará en la elección del diseño de vía más ventajoso en términos sociales.

ABSTRACT

The sustainable design of infrastructures requires the consideration of the economic, environmental, and social impacts. Since the establishment of the Paris Agreement, significant efforts have been made on the methodologies to assess infrastructures’ economic and environmental life cycle impacts. However, evaluating the social dimension in the design of infrastructures still requires significant development. The present communication proposes a set of social indicators oriented towards the life cycle assessment of railway infrastructures. In particular, the evaluation of the social impacts of a conventional ballasted rail track is presented. A multi-criteria decision-making procedure-based indicator is proposed to help decide the most advantageous track design in social terms.

Keywords:

Multi-criteria Decision-making; Sustainability; Life cycle assessment; Railway; Social impacts.

Reference:

NAVARRO, I.J.; VILLALBA, I.; YEPES, V. (2022). Development of social criteria for the social life cycle assessment of railway infrastructures. 26th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 5-8 de julio, Terrassa (Spain).

Os dejo la presentación que hicimos en el congreso y la comunicación completa.

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¿Cómo se relacionan los factores de producción de los equipos?

En un artículo anterior se describió cómo se puede determinar la producción de los equipos y cuáles eran los factores de producción. Estos factores eran cinco: factor de disponibilidad, disponibilidad intrínseca, factor de utilización, factor de aprovechamiento e índice de paralizaciones. Estos factores se encuentran relacionados entre sí, de forma que conociendo dos de ellos es posible deducir los otros tres. De esta forma, el número de combinaciones posibles es de 10.

El problema que he detectado en algunos de mis estudiantes es que les cuesta deducir, a partir de las definiciones, las relaciones entre los distintos factores de producción. Es por este motivo por el que he desarrollado la Tabla 1 que indica las definiciones de los factores y cómo a conociendo dos de ellos se pueden deducir los otros tres. Se trata de un ejercicio sencillo que dejo al lector curioso para que lo deduzca.

De esta forma ya sois capaces de resolver algún problema como el siguiente:

De 100 minutos de laborables, una máquina tiene 85 minutos de disponibilidad y 80 minutos de utilización. Determinar: a) los minutos correspondientes a mantenimiento y averías, b) los minutos correspondientes a paradas en el tajo, c) factor de disponibilidad, d) factor de utilización, e) factor de aprovechamiento, f) disponibilidad intrínseca y g) índice de paralizaciones.

Respuestas: a) 15 min; b) 5 min; c) 0,850; d) 0,941; e) 0,800; f) 0,842; g) 0,050

Os dejo también un par de vídeos sobre producción para recordar los conceptos básicos.

Referencias:

PELLICER, E.; YEPES, V.; TEIXEIRA, J.C.; MOURA, H.P.; CATALÁ, J. (2014). Construction Management. Wiley Blackwell, 316 pp. ISBN: 978-1-118-53957-6.

ROJO, J. (2010). Manual de movimiento de tierras a cielo abierto. Fueyo Editores, S.L., Madrid, 926 pp.

YEPES, V. (1997). Equipos de movimiento de tierras y compactación. Problemas resueltos. Colección Libro Docente nº 97.439. Ed. Universitat Politècnica de València. 256 pág. Depósito Legal: V-4598-1997. ISBN: 84-7721-551-0.

Curso:

Curso de gestión de costes y producción de la maquinaria empleada en la construcción

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