Acaban de publicar nuestro artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer cuartil del JCR), en el que se propone un método directo y más riguroso para calcular el módulo de balasto en losas de cimentación, que incorpora un nuevo enfoque de seguridad y criterios de sostenibilidad para mejorar el diseño suelo-estructura.
Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal, junto con el profesor Julián Alcalá, en la Universitat Politècnica de València.
En las últimas décadas, el diseño de cimentaciones ha evolucionado hacia soluciones más seguras, eficientes y sostenibles. Sin embargo, el módulo de balasto vertical (Ks), uno de los parámetros más utilizados en la modelización del contacto suelo-estructura, sigue empleándose en muchos proyectos como si se tratara de una propiedad intrínseca del terreno. El artículo analizado sugiere un cambio de paradigma en esta práctica, al introducir un método directo para estimar Ks a partir de la relación carga-asentamiento, así como un nuevo marco de seguridad orientado al diseño sostenible. Esta aportación es especialmente relevante en el caso de las cimentaciones tipo losa, habituales en edificios y estructuras industriales.
El estudio parte de una cuestión fundamental: ¿cómo se puede estimar de forma rigurosa el módulo de balasto vertical (Ks) en losas de cimentación, considerando parámetros geotécnicos habitualmente ignorados y, al mismo tiempo, integrando criterios de sostenibilidad y seguridad en el diseño?
Esta cuestión surge de las deficiencias detectadas en los métodos indirectos y semidirectos que se emplean comúnmente, ya que no consideran aspectos clave como la profundidad de la influencia o los efectos de compensación de cargas.
Los autores desarrollan una metodología directa que combina varias herramientas avanzadas de análisis geotécnico:
Teoría del semiespacio elástico para representar el comportamiento del terreno.
Análisis de asientos por capas, con el fin de capturar la variabilidad en profundidad.
Mecánica de consolidación basada en ensayos edométricos, que permite incorporar la respuesta deformacional del suelo bajo carga.
Consideración explícita de la profundidad de la influencia y de la compensación de cargas, factores que rara vez se incluyen en los métodos tradicionales.
Con este planteamiento, se obtiene directamente un valor de Ks coherente con los principios de la energía elástica y adecuado para modelos avanzados de interacción suelo-estructura. El valor resultante, 5,30 MN/m³, se sitúa entre los límites inferiores y superiores calculados, lo que confirma la consistencia del método.
El estudio no se limita al aspecto puramente geotécnico, sino que también integra una evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida de tres alternativas de losa de hormigón armado. Para ello, combina un proceso jerárquico analítico neutrosófico (NAHP-G) con el método de decisión multicriterio ELECTRE III, considerando dimensiones estructurales, ambientales y socioeconómicas.
Además, se introduce un coeficiente de seguridad específico para Ks, calibrado para considerar la variabilidad espacial del subsuelo y mejorar el diseño en términos de servicio.
Los resultados del trabajo son especialmente significativos:
El método directo permite obtener un Ks más representativo del comportamiento real del terreno y de la losa bajo carga.
El nuevo coeficiente de seguridad proporciona un diseño más fiable y coherente con la incertidumbre del subsuelo.
Se logra una mejora de 2,5 veces en el índice de seguridad social y una reducción del 50 % en los impactos ambientales respecto a metodologías convencionales.
El estudio redefine Ks como una variable de diseño, no como una constante del suelo, corrigiendo así décadas de uso inapropiado en la ingeniería geotécnica.
Las conclusiones del artículo tienen un impacto directo en la práctica profesional:
Mejora del diseño de losas: el método permite ajustar mejor los modelos numéricos y evitar tanto el sobredimensionamiento como los fallos por asientos excesivos.
Integración de la sostenibilidad en fases tempranas del proyecto: el marco NAHP-G + ELECTRE IS proporciona una herramienta objetiva para comparar alternativas de cimentación no solo por criterios técnicos, sino también por criterios ambientales y sociales.
Mayor seguridad y fiabilidad: el nuevo coeficiente de seguridad para Ks ayuda a gestionar la incertidumbre y aumenta los márgenes de seguridad de forma cuantificada.
Aplicación en proyectos con elevada heterogeneidad del terreno: el enfoque resulta especialmente útil en suelos con variabilidad marcada, donde los métodos simplificados generan resultados poco fiables.
La Universitat Politècnica de València (UPV) ha obtenido un reconocimiento destacado europeo al ganar el premio al mejor proyecto en la categoría «AI for Sustainable Development» de la European Universities Competition on Artificial Intelligence, organizada por la HAW Hamburg.
El trabajo galardonado, desarrollado en el ICITECH por el doctorando Iván Negrín, demuestra cómo la inteligencia artificial puede transformar el diseño estructural para hacerlo más sostenible y resiliente, con reducciones de hasta un 32 % en la huella de carbono respecto a los sistemas convencionales. Este logro posiciona a la UPV como un referente europeo en innovación ética e impacto y reafirma su compromiso con la búsqueda de soluciones frente al cambio climático y al desarrollo insostenible.
El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. La tesis doctoral de Iván la dirigen los profesores Víctor Yepes y Moacir Kripka.
Introducción: El dilema de la construcción moderna.
La industria de la construcción se enfrenta a un reto monumental: edificar las ciudades del futuro sin agotar los recursos del presente. El enorme impacto medioambiental de los materiales y procesos tradicionales, especialmente las emisiones de CO₂, es uno de los problemas más acuciantes de nuestra era.
¿Y si la solución a este problema no radicara en un nuevo material milagroso, sino en una nueva forma de pensar? ¿Y si la inteligencia artificial (IA) pudiera enseñarnos a construir de manera mucho más eficiente y segura?
Esa es precisamente la hazaña que ha logrado un innovador proyecto de la Universitat Politècnica de València (UPV). Su enfoque es tan revolucionario que acaba de ganar un prestigioso premio europeo, lo que demuestra que la IA ya no es una promesa, sino una herramienta tangible para la ingeniería sostenible.
Clave 1: una innovación europea premiada al más alto nivel.
Este no es un proyecto académico cualquiera. La investigación, dirigida por el doctorando Iván Negrín del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la UPV, ha recibido el máximo reconocimiento continental.
Inicialmente seleccionado como uno de los diez finalistas, el proyecto tuvo que defenderse en una presentación final ante un jurado de expertos. Tras la deliberación del jurado, el proyecto fue galardonado como el mejor en la categoría «AI for Sustainable Development Projects» de la competición «European Universities Competition on Artificial Intelligence to Promote Sustainable Development and Address Climate Change», organizada por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo (HAW Hamburg). Este reconocimiento consolida la reputación del proyecto en el ámbito de la innovación europea.
Clave 2: adiós al CO₂: reduce la huella de carbono en más del 30 %.
El resultado más impactante de esta investigación es su capacidad para abordar el principal problema medioambiental del sector de la construcción: las emisiones de carbono. La plataforma de diseño asistido por IA puede reducir la huella de carbono de los edificios de manera significativa.
En concreto, consigue una reducción del 32 % de la huella de carbono en comparación con los sistemas convencionales de hormigón armado, que ya habían sido optimizados. Esta reducción abarca todo el ciclo de vida del edificio, desde la extracción de materiales y la construcción hasta su mantenimiento y su eventual demolición.
En un sector tan difícil de descarbonizar, un avance de esta magnitud, impulsado por un diseño inteligente y no por un nuevo material, supone un cambio de paradigma fundamental para la ingeniería sostenible.
Clave 3: Rompe el mito: más sostenible no significa menos resistente.
Uno de los aspectos más revolucionarios del proyecto es la forma en que resuelve un conflicto histórico en ingeniería: la sostenibilidad frente a la resiliencia. La IA ha superado la barrera que obligaba a elegir entre usar menos material para ser sostenible o más material para ser resistente.
En una primera fase, el modelo optimizó estructuras mixtas de acero y hormigón (denominadas técnicamente RC-THVS) para que fueran altamente sostenibles, aunque con una resiliencia baja. Lejos de detenerse, la IA iteró sobre su propio diseño y, en una evolución posterior (RC-THVS-R), logró una solución altamente sostenible y resiliente frente a eventos extremos.
La metodología desarrollada permite compatibilizar la sostenibilidad y la resiliencia, superando el tradicional conflicto entre ambos objetivos.
Clave 4: Ahorro desde los cimientos. Menos costes, energía y materiales.
Los beneficios de esta IA no solo benefician al planeta, sino también al bolsillo y a la eficiencia del proyecto. La optimización inteligente de las estructuras se traduce en ahorros tangibles y medibles desde las primeras fases de la construcción.
Los datos demuestran un ahorro significativo en múltiples frentes:
-16 % de energía incorporada.
-6 % de coste económico.
– Reducción del 17 % de las cargas transmitidas a columnas y cimentaciones.
Este último punto es clave. Una menor carga en los cimientos no solo supone un ahorro directo de materiales, sino que tiene un efecto cascada en materia de sostenibilidad: al usar menos hormigón, se reduce la cantidad de cemento empleado, uno de los principales generadores de CO₂ a nivel mundial.
Clave 5: un enfoque versátil para las ciudades del futuro (y del presente).
La aplicación de esta metodología no se limita a los grandes edificios de nueva construcción. Su versatilidad la convierte en una herramienta estratégica para el desarrollo urbano integral.
Puede aplicarse a infraestructuras de transporte, como puentes y pasarelas, para minimizar su impacto ambiental. También es fundamental para la rehabilitación de estructuras existentes, ya que permite optimizar su seguridad y reducir las emisiones asociadas a los refuerzos.
Este enfoque se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU, concretamente con los ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura), 11 (Ciudades y comunidades sostenibles) y 13 (Acción por el clima).
Conclusión: construyendo un futuro inteligente.
Este proyecto de la UPV demuestra que la inteligencia artificial ha dejado de ser una tecnología futurista para convertirse en una herramienta imprescindible en la ingeniería civil. Ya no se trata de promesas, sino de soluciones prácticas que resuelven problemas reales, medibles y urgentes.
La capacidad de diseñar estructuras más baratas, ecológicas, seguras y resistentes abre un nuevo capítulo en la construcción.
¿Estamos a las puertas de una nueva era en la ingeniería en la que la sostenibilidad y la máxima seguridad ya no son objetivos contrapuestos, sino aliados inseparables gracias a la inteligencia artificial?
En futuros artículos, explicaremos con más detalle el contenido de este proyecto ganador. De momento, os dejo una conversación que lo explica muy bien y un vídeo que resume lo más importante. Espero que os resulte interesante.
Os dejo un documento resumen, por si queréis ampliar la información.
Todos hemos pasado por ello: cuestionarios interminables, preguntas que parecen sacadas de un manual de psicología y, sobre todo, esa sensación de responder a la misma pregunta una y otra vez. Es una experiencia tan común como, a menudo, frustrante. ¿Por qué algunas preguntas parecen extrañas o repetitivas? ¿Realmente merece la pena todo este esfuerzo?
La respuesta es un rotundo sí. Detrás de cada cuestionario bien diseñado se esconde la rigurosa ciencia de la psicometría, el campo dedicado al arte de la medición precisa. Conceptos como la fiabilidad y la validez son los pilares de cualquier instrumento de medición serio, ya sea una encuesta de satisfacción del cliente o un test de personalidad.
Este artículo desvela algunos de los secretos más sorprendentes y fascinantes sobre cómo se construyen estas escalas de medida. Descubrirás por qué la repetición puede ser una virtud, por qué la perfección a veces es sospechosa y por qué es posible equivocarse de manera confiable.
Primer secreto: la fiabilidad no es la validez (y se puede estar fiablemente equivocado).
En el mundo de la medición, la fiabilidad y la validez son dos conceptos cruciales que a menudo se confunden. Sin embargo, comprender su diferencia es fundamental para entender por qué algunas encuestas funcionan y otras no.
La fiabilidad se refiere a la precisión o consistencia de una medida. Un instrumento fiable produce resultados muy similares cada vez que se utiliza en las mismas condiciones.
La validez es la exactitud de la medida. Un instrumento válido mide exactamente lo que se pretende medir. La validez va más allá de la simple exactitud, ya que se asegura de que las conclusiones que extraemos de los resultados de la encuesta estén justificadas y sean significativas.
La mejor manera de entenderlo es mediante la analogía de un tirador que apunta a una diana.
Fiabilidad sin validez: imagina a un tirador. Escuchas el sonido seco y repetitivo de los disparos impactando en la madera, agrupados en un área no mayor que una moneda, pero peligrosamente cerca del borde de la diana. El patrón es muy consistente (alta fiabilidad), pero erróneo de forma sistemática, ya que no alcanza el blanco (baja validez). Esto representa un error sistemático que se debe a un defecto fundamental en el diseño del cuestionario, como preguntas mal redactadas o una escala de respuesta poco clara.
Validez con baja fiabilidad: ahora imagina a un tirador cuyos disparos están dispersos por toda la diana, pero cuya media se sitúa justo en el centro. No hay precisión en cada tiro (baja fiabilidad), pero, en conjunto, apuntan en la dirección correcta (alta validez). Esto representa errores aleatorios que pueden deberse a factores incontrolables, como distracciones, ruido ambiental o incluso al estado de ánimo temporal del encuestado.
Validez y fiabilidad (Morales, 2008)
La conclusión clave es que la validez es más importante que la fiabilidad. Como subrayan los expertos en la materia: «Un instrumento puede ser muy fiable (medir muy bien), pero no medir bien lo que se quería medir». De nada sirve medir algo con una precisión milimétrica si no es lo que realmente nos interesa.
Segundo secreto: ¿por qué las encuestas a veces parecen repetitivas?
Una de las quejas más comunes sobre los cuestionarios es que incluyen preguntas que parecen decir lo mismo de distintas maneras. Lejos de ser un descuido, el uso de lo que los expertos denominan «ítems repetitivos» —expresar la misma idea de diversas formas— es una técnica deliberada y muy útil para garantizar la calidad de los datos. Esta «forma bidireccional de redactar los ítems» tiene dos ventajas principales:
Requiere mayor atención del sujeto: al presentar la misma idea con formulaciones distintas (a veces en positivo y otras en negativo), se evita que la persona responda de forma automática o sin pensar y se le obliga a procesar el significado de cada pregunta.
Permite comprobar la coherencia de las respuestas: sirve como control de calidad para detectar y mitigar dos de los sesgos más frecuentes al responder encuestas: la aquiescencia y el sesgo de confirmación.
Aquiescencia: tendencia a estar de acuerdo con todas las afirmaciones. Imagina a alguien que responde con prisas, marcando «Totalmente de acuerdo» a todo («Sí, el servicio fue excelente», «Sí, el producto es terrible»), con el único fin de terminar cuanto antes.
Deseabilidad social: tendencia a responder para proyectar una buena imagen. Este sesgo lo muestra la persona que, al ser preguntada por sus hábitos de reciclaje, se presenta como un ecologista modelo, aunque el contenido de su cubo de basura cuente una historia muy diferente.
Por lo tanto, la próxima vez que te encuentres con preguntas que te resulten familiares en un mismo cuestionario, recuerda que no se trata de un error. Se trata de una herramienta diseñada para garantizar que tus respuestas sean más atentas, coherentes y, en última instancia, sinceras.
Tercer secreto: una fiabilidad «perfecta» puede ser una señal de alarma.
Intuitivamente, podríamos pensar que el objetivo de cualquier escala de medida es lograr la mayor fiabilidad posible. Sin embargo, en psicometría, una fiabilidad extremadamente alta puede ser una señal de alarma que indica un problema subyacente.
El coeficiente de fiabilidad más utilizado, el alfa de Cronbach, presenta una particularidad: su valor tiende a aumentar al añadir más ítems a la escala. Esto crea la tentación de inflar artificialmente la fiabilidad simplemente alargando el cuestionario. Como advierte la literatura especializada: «No se debe buscar una alta fiabilidad aumentando sin más el número de ítems, sin pensar si realmente son válidos».
Un ejemplo hipotético ilustra perfectamente este peligro. Imaginemos que aplicamos un test a un grupo mixto compuesto por niñas de 10 años que hacen ballet y niños de 14 años que juegan al fútbol. Les preguntamos por su edad, su sexo y el deporte que practican. La fiabilidad estadística se dispara porque las preguntas son perfectamente consistentes al separar a los dos grupos. Si se pregunta sobre ballet, todas las niñas responden de una manera y todos los niños de otra. Si se pregunta por el fútbol, ocurre lo mismo. El algoritmo estadístico detecta esta consistencia impecable y reporta una fiabilidad altísima, sin comprender que el «rasgo» subyacente que se está midiendo es simplemente una mezcla de datos demográficos, no una característica psicológica coherente. A pesar de esa elevada fiabilidad, en realidad no estaríamos midiendo «nada interpretable».
Este ejemplo nos deja una lección fundamental que el texto fuente resume de manera brillante:
«En ningún caso la estadística sustituye al sentido común y al análisis lógico de nuestras acciones».
Conclusión: la próxima vez que rellenes una encuesta…
Desde el dilema fundamental entre mediciones consistentes, pero erróneas (fiabilidad frente a validez), pasando por el uso deliberado de la repetición para burlar nuestros propios sesgos, hasta la idea contraintuitiva de que una puntuación «perfecta» puede indicar un resultado sin sentido, queda claro que elaborar una buena encuesta es un trabajo científico.
La próxima vez que te enfrentes a un cuestionario, en lugar de frustrarte por sus preguntas, ¿te detendrás a pensar qué rasgo intentan medir y si realmente lo están logrando?
En este audio os dejo una conversación sobre estas ideas.
Os dejo un vídeo que resume el contenido de este artículo.
Referencias:
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Nunnally, J. C. (1978). Psychometric theory. New York: McGraw-Hill.
Cuando pensamos en la construcción de grandes infraestructuras, como los puentes, a menudo nos viene a la mente una imagen de fuerza bruta: toneladas de hormigón y acero ensambladas con una precisión monumental. Se trata de una proeza de la ingeniería física, un testimonio de la capacidad humana para dominar los materiales y la geografía.
Sin embargo, detrás de esta fachada de poderío industrial se está produciendo una revolución silenciosa. La inteligencia artificial y los modelos computacionales avanzados, que pueden ejecutar el equivalente a décadas de diseño y pruebas de ingeniería en cuestión de horas, están redefiniendo las reglas del juego. Lejos de ser un mero ejercicio teórico, estas herramientas permiten a los ingenieros diseñar puentes que son no solo más resistentes, sino también sorprendentemente más económicos y respetuosos con el medio ambiente.
Las lecciones que siguen se basan en los hallazgos de una tesis doctoral, defendida por la profesora Lorena Yepes Bellver, innovadora en la optimización de puentes. La tesis obtuvo la máxima calificación de sobresaliente «cum laude». Las lecciones demuestran que el futuro de la construcción no radica únicamente en nuevos materiales milagrosos, sino en la aplicación de una inteligencia que permita aprovechar los ya existentes de forma mucho más eficiente.
De izquierda a derecha: Julián Alcalá, Salvador Ivorra, Lorena Yepes, Tatiana García y Antonio Tomás.
1. El pequeño coste de un gran impacto ecológico: pagar un 1 % más para emitir un 2 % menos de CO₂.
Uno de los principales obstáculos para la adopción de prácticas sostenibles ha sido siempre la creencia de que «ser verde» es significativamente más caro. Sin embargo, la investigación en optimización de puentes revela una realidad mucho más alentadora. Gracias a los diseños perfeccionados mediante metamodelos, es posible lograr reducciones significativas de la huella de carbono con un impacto económico mínimo.
El dato clave del estudio es contundente: «Un modesto aumento de los costes de construcción (menos del 1 %) puede reducir sustancialmente las emisiones de CO₂ (más del 2 %)». Este hallazgo demuestra que la sostenibilidad no tiene por qué ser un lujo, sino el resultado de una ingeniería más inteligente.
«Esto demuestra que el diseño de puentes sostenibles puede ser económicamente viable».
Esta lección es fundamental, ya que pone fin a una falsa dicotomía entre la economía y la ecología. Demuestra que no es necesario elegir entre un puente asequible y otro respetuoso con el medio ambiente. Gracias a las decisiones de diseño inteligentes, guiadas por la optimización avanzada, es posible alcanzar ambos objetivos simultáneamente, de modo que la sostenibilidad se convierte en una ventaja competitiva y no en una carga.
2. La paradoja de los materiales: añadir más componentes para reducir el consumo global.
La lógica convencional nos diría que, para construir de forma más sostenible, el objetivo debería ser reducir la cantidad total de materiales utilizados. Menos hormigón, menos acero, menos de todo. Sin embargo, uno de los hallazgos más sorprendentes de la tesis es una paradoja que desafía esta idea tan simple.
El diseño óptimo y más sostenible aumenta, de hecho, la cantidad de uno de sus componentes: la armadura pasiva (el acero de refuerzo convencional). A primera vista, esto parece contradictorio: ¿cómo puede ser más ecológico añadir más material?
La explicación se debe a un enfoque sistémico. Este aumento estratégico y calculado del refuerzo pasivo permite reducir considerablemente el consumo de otros dos materiales clave: el hormigón y la armadura activa (el acero de pretensado). La producción de estos materiales, especialmente la del cemento y del acero de alta resistencia, es intensiva en energía y, por tanto, genera numerosas emisiones de CO₂. En esencia, se sacrifica una pequeña cantidad de un material de menor impacto para ahorrar una cantidad mucho mayor de materiales de alto impacto.
Este enfoque, que podría describirse como «sacrificar una pieza para ganar el juego», es un ejemplo perfecto de cómo la optimización avanzada supera las reglas simplistas de reducción. En lugar de aplicar un recorte general, se analiza el sistema en su conjunto y se determina el equilibrio más eficiente. Este equilibrio inteligente de materiales solo es posible si se afina otro factor clave: la geometría de la estructura.
Retos en la optimización de puentes con metamodelos
3. Más esbelto es mejor: el secreto de la «delgadez» estructural para la sostenibilidad.
En el ámbito de la ingeniería de puentes, el concepto de «esbeltez» es fundamental. En términos sencillos, se refiere a la relación entre el canto de la losa y la luz que debe cubrir. Una mayor esbeltez implica un diseño estructural, en palabras comunes, más «delgado» o «fino».
La investigación revela un hallazgo crucial: los diseños que son óptimos tanto en términos de emisiones de CO₂ como de energía incorporada se logran con relaciones de esbeltez altas, concretamente de entre 1/30 y 1/28. En otras palabras, los puentes más sostenibles son también los más delgados y se complementan con hormigones óptimos situados entre 35 y 40 MPa de resistencia característica.
¿Por qué es esto tan beneficioso? Un diseño más esbelto requiere, inherentemente, una menor cantidad de materiales, principalmente de hormigón. Lo realmente notable es cómo se consigue. Los métodos tradicionales suelen basarse en reglas generales y márgenes de seguridad amplios, mientras que la optimización computacional permite a los ingenieros explorar miles, e incluso millones, de variaciones para acercarse al límite físico de la eficiencia sin sacrificar la seguridad. El resultado es una elegancia estructural casi contraintuitiva: puentes que alcanzan su fuerza no a través de la masa bruta, sino mediante una delgadez inteligentemente calculada, donde la sostenibilidad es una consecuencia natural de la eficiencia.
4. La optimización inteligente genera ahorros reales: una reducción de costes de hasta un 6,5 %.
Más allá de los beneficios medioambientales, la aplicación de estas técnicas de optimización tiene un impacto económico directo y medible. El diseño de infraestructuras deja de ser un arte basado únicamente en la experiencia para convertirse en una ciencia precisa que busca la máxima eficiencia económica.
El resultado principal del estudio sobre la optimización de costes es claro: el uso de modelos sustitutos (metamodelos Kriging) guiados por algoritmos heurísticos, como el recocido simulado, logró una reducción de costes del 6,54 % en comparación con un diseño de referencia.
Estos ahorros no son teóricos, sino que provienen directamente de la reducción de materiales. En concreto, se consiguió una disminución del 14,8 % en el uso de hormigón y del 11,25 % en el acero activo (pretensado). Es crucial destacar que estas reducciones se consiguieron sin afectar a la integridad estructural ni a la capacidad de servicio del puente. No se trata de sacrificar la calidad por el precio, sino de diseñar de manera más inteligente. Esta metodología convierte la optimización del diseño en una tarea académica en una herramienta práctica y altamente eficaz para la gestión económica de grandes proyectos de ingeniería civil.
5. No todos los cerebros artificiales piensan igual; la clave está en elegir el modelo computacional adecuado.
Una de las lecciones más importantes de esta investigación es que no basta con aplicar «inteligencia artificial» de forma genérica. El éxito de la optimización depende de elegir la herramienta computacional adecuada para cada tarea específica.
La tesis comparó dos potentes metamodelos: las redes neuronales artificiales (RNA) y los modelos de Kriging. Se descubrió una diferencia crucial en su rendimiento: si bien las RNA ofrecían predicciones absolutas más precisas sobre el comportamiento de un diseño concreto, el modelo de Kriging demostró ser mucho más eficaz para identificar los «óptimos locales», es decir, las zonas del mapa de diseño donde se encontraban las mejores soluciones.
Esto revela una capa más profunda de la optimización inteligente. Un modelo puede ser excelente para predecir un resultado (RNA), mientras que otro es más eficaz para guiar la búsqueda del mejor resultado posible (Kriging). No se trata solo de utilizar IA, sino de comprender qué «tipo de pensamiento» artificial es el más adecuado para cada fase del problema: predecir frente a optimizar. La verdadera maestría de la ingeniería moderna consiste en saber elegir las herramientas adecuadas para cada fase del problema.
Conclusión: la nueva frontera del diseño de infraestructuras.
La construcción de nuestras infraestructuras entra en una nueva era. La combinación de la ingeniería estructural clásica con el poder de los modelos computacionales avanzados, como el metamodelado Kriging y las redes neuronales artificiales, está abriendo una nueva frontera en la que la eficiencia y la sostenibilidad no son objetivos opcionales, sino resultados intrínsecos de un buen diseño.
Como hemos visto, los grandes avances no siempre provienen de materiales revolucionarios. A menudo, los «secretos» mejor guardados residen en la optimización inteligente de los diseños y materiales que ya conocemos. Obtener un mayor beneficio ecológico pagando menos, utilizar estratégicamente más de un material para reducir el consumo global o diseñar estructuras más esbeltas y elegantes son lecciones que van más allá de la construcción de puentes.
Nos dejan con una pregunta final que invita a la reflexión: si podemos lograr esto con los puentes, ¿qué otras áreas de la construcción y la industria están esperando a ser reinventadas por el poder de la optimización inteligente?
Os dejo un audio en el que se discuten las ideas de la tesis doctoral. Espero que os guste.
Y en este vídeo, tenemos resumidas las ideas principales de esta tesis.
Figura 1. a) caso básico en 3D; b) sección transversal con algunas variables geométricas; c) viga de canto variable con 4 puntos de transición
Acabamos de publicar un artículo en la revista indexada JCR The International Journal of Advanced Manufacturing Technology (2025), que presenta una metodología de optimización metaheurística para minimizar el coste de fabricación de las vigas I de placa de acero soldada. El estudio se centra en el desarrollo de tipologías más eficientes, como las vigas híbridas transversales de sección variable (THVS), que optimizan simultáneamente la geometría y la distribución del material en los planos transversal y longitudinal. La función objetivo tiene en cuenta no solo el coste de los materiales, sino también siete actividades clave de producción (soldadura, corte, pintura, etc.) y los diseños cumplen las especificaciones del Eurocódigo 3. Los principales resultados indican que la optimización del material es más importante para las vigas de tramos cortos, mientras que la optimización geométrica lo es más para las vigas de tramos largos. En última instancia, el artículo valida el enfoque propuesto mediante un caso de estudio, que demuestra que los elementos THVS pueden reducir los costes hasta en un 70 % en comparación con los diseños tradicionales.
La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
Como futuro profesional, ¿te has preguntado alguna vez si los perfiles de acero que eliges son realmente la mejor opción? En el diseño estructural, es habitual utilizar perfiles estándar (como los «IPE») por su simplicidad y disponibilidad. Aunque son prácticos, estos perfiles de sección constante a menudo resultan ineficientes, ya que utilizan más material del necesario y generan mayores costes.
El sector de la construcción se enfrenta a una encrucijada: la necesidad de crear estructuras eficientes y la obligación de reducir su enorme consumo de recursos. En este dilema, las vigas de acero son un elemento fundamental. Pero ¿son los diseños tradicionales la opción más eficiente o existen alternativas mejores? Un estudio reciente revela hallazgos sorprendentes que desafían las convenciones del diseño estructural. La respuesta se encuentra en cuatro claves contrarias a la lógica que demuestran cómo optimizar de forma inteligente el material y la geometría puede reducir los costes de fabricación hasta en un 70 %.
1. Material frente a la geometría: la regla inesperada que depende de la distancia.
El primer descubrimiento clave del estudio es que la estrategia óptima para reducir costes depende fundamentalmente de la longitud de la viga (vano). Este hallazgo desafía el enfoque de «talla única» y da lugar a dos conclusiones interesantes:
Para vigas cortas (por ejemplo, de 6 metros, una medida habitual en edificios), la optimización del material resulta más eficaz. El uso de aceros de diferentes resistencias para las alas y el alma permite obtener mayores ahorros que con la modificación de la geometría.
En el caso de las vigas largas (por ejemplo, de 14 o 20 metros, comunes en puentes), la optimización geométrica se convierte en el factor dominante. La estrategia más decisiva para el ahorro es crear vigas de sección variable.
El principio de ingeniería subyacente es el momento flector. En las vigas largas, la diferencia de esfuerzos entre el centro (donde el momento es máximo) y los apoyos (donde el momento es nulo) es considerable. Adaptar el canto de la viga a esta variación permite ahorrar material de manera significativa en las zonas donde no es necesario. En las vigas cortas, el momento flector es más uniforme, por lo que el ahorro de material al variar la geometría es mínimo y no compensa el coste adicional de fabricación (cortes y soldaduras complejas).
2. La campeona del ahorro: la viga híbrida de sección variable (THVS).
La solución más rentable identificada en el estudio es la viga «híbrida transversal con sección variable» (THVS). Este diseño combina de forma inteligente las dos estrategias de optimización:
Estructura híbrida: utiliza acero de alta resistencia para las alas, que, al estar más alejadas del eje neutro, soportan la mayor parte de las tensiones de flexión. Para el alma, que se encarga principalmente de los esfuerzos cortantes, se emplea un acero más económico y de menor resistencia.
Geometría variable: su altura no es constante, sino que se adapta a la distribución de esfuerzos. Es más alta cerca del centro, donde el momento flector es máximo, y disminuye hacia los apoyos.
El dato más impactante del estudio es que los elementos THVS pueden reducir los costes de fabricación hasta un 70 % en comparación con los diseños tradicionales de vigas de acero de canto constante.
3. El coste real no es solo el peso: una mirada a la fabricación.
Uno de los puntos fuertes de la investigación es que se centra en el coste total de fabricación, en lugar de limitarse al peso o al coste del material. El estudio incluyó siete actividades clave de producción en su modelo de costes:
Montaje en obra/Izado.
Pintura.
Soldadura.
Granallado.
Corte.
Aserrado.
Transporte.
Este enfoque holístico es crucial, ya que alinea el diseño estructural con la realidad de la producción industrial. Es precisamente este análisis de costes integral el que permite al estudio concluir que, en el caso de las vigas largas, el ahorro de material de una viga THVS compensa con creces la mayor complejidad de fabricación, algo que no revelaría un análisis de peso sencillo.
4. De la teoría a la práctica: una metodología para el diseño.
La investigación no se limita a la teoría, sino que ofrece una metodología de diseño con directrices aplicables para que los ingenieros puedan implementar estas soluciones. El estudio establece parámetros prácticos sobre:
Relaciones óptimas entre el canto y la luz de la viga.
Ángulos de achaflanado ideales.
Posiciones óptimas para las transiciones de sección.
Combinaciones de tipos de acero recomendadas.
Conscientes de que la innovación teórica debe enfrentarse a la realidad industrial, los propios autores moderan el optimismo mediante una evaluación pragmática de los próximos pasos.
«Los elementos THVS pueden reducir los costes hasta en un 70 % en comparación con los diseños tradicionales. No obstante, para aprovechar plenamente el potencial de estos diseños, deben abordarse los desafíos relacionados con la disponibilidad de materiales, la complejidad de la fabricación y los riesgos de pandeo local».
Conclusión: ¿Estamos listos para construir de forma diferente?
La idea central es clara: optimizar simultáneamente la geometría y el material de las vigas de acero, especialmente en los diseños THVS, permite ahorrar recursos y dinero de forma sin precedentes. Esta investigación establece una base teórica y una metodología de diseño que abren la puerta a una nueva era de eficiencia estructural. Con ahorros potenciales de hasta el 70 % demostrados, la pregunta para la industria no es si merece la pena, sino cómo superar los desafíos de fabricación, la disponibilidad de materiales y la actualización de normativas para convertir este potencial en una nueva realidad constructiva.
En este vídeo, se resumen las ideas fundamentales de este artículo, explicadas de forma sencilla.
Como profesionales de la ingeniería y la arquitectura, convivimos con una tensión permanente: garantizar la máxima seguridad de las estructuras mientras enfrentamos la presión de optimizar costes y reducir el impacto medioambiental. En el diseño de cimentaciones, esta tensión suele traducirse en incertidumbre y en un sobredimensionamiento conservador. Pero ¿qué sucede cuando uno de los supuestos básicos de nuestros cálculos se aleja de la realidad?
Un ejemplo claro es el módulo de reacción vertical del suelo, conocido como coeficiente de balasto o módulo de Winkler (Ks), un parámetro clave en el diseño de losas de cimentación que a menudo se interpreta incorrectamente y se obtiene de tablas genéricas con poco rigor. Una investigación reciente revela hallazgos significativos que cuestionan estas prácticas habituales y plantean alternativas para obtener cimentaciones más seguras, eficientes en costes y de menor impacto medioambiental.
Este artículo sintetiza una investigación publicada en la revista del primer decil del JCR, Environmental Impact Assessment Review, en la que se presenta una metodología rigurosamente formulada para la estimación directa del módulo (Ks) en cimentaciones por losa, superando las deficiencias clave de los enfoques convencionales. Su principal aportación es un modelo directo que integra la teoría del semiespacio elástico, el análisis de asientos en suelos multicapa y la mecánica de consolidación edométrica, considerando explícitamente la profundidad de influencia y los efectos de la compensación de cargas. La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.
El estudio introduce un coeficiente de seguridad específico para Ks, lo que constituye una innovación que aborda la incertidumbre geotécnica y fortalece la fiabilidad del diseño en los estados límite de servicio. Esta metodología se integra en un marco de evaluación del ciclo de vida y decisión multicriterio (MCDM) que utiliza un proceso híbrido de AHP neutrosófico en grupo (NAHP-G) y ELECTRE IS para evaluar alternativas de diseño de cimentaciones según criterios económicos, ambientales y sociales.
Aplicado a un caso de estudio real, el método propuesto (denominado 3-NEW) demuestra ser la solución más sostenible. El diseño resultante (A3) mejora el rendimiento de sostenibilidad global en un 50 % y aumenta el índice de seguridad social en 2,5 veces en comparación con las metodologías de referencia. Este trabajo establece un marco unificado que avanza en la práctica del diseño geotécnico, optimiza el uso de materiales y alinea el diseño de cimentaciones con los principios de resiliencia y de economía circular.
A continuación os dejo algunas ideas clave contenidas en este estudio.
1. El módulo de balasto (Ks) no es una propiedad del suelo, sino una consecuencia de la interacción.
La primera idea consiste en entender que el módulo de balasto (Ks) no es una constante intrínseca del terreno, como el peso específico o la cohesión, que podamos consultar en una tabla. Se trata de un concepto más complejo. Es un parámetro variable que depende de la carga y de la profundidad de su influencia.
Esto significa que el módulo de balasto es el resultado de la interacción entre la cimentación (su tamaño y rigidez) y el terreno bajo una carga específica. Depende de la carga transmitida, de la geometría de la losa y de la profundidad del bulbo de presión generado. Este cambio de perspectiva es crucial, pues nos obliga a abandonar las tablas genéricas y a realizar un cálculo adaptado a las condiciones reales de cada proyecto. Así, reconocemos que el «mismo» suelo se comportará de manera diferente bajo una pequeña zapata que bajo una gran losa de un edificio. Esta idea, conocida en el ámbito geotécnico, no debería pasarse por alto.
2. Los métodos tradicionales no explican ni integran la paradoja de la rigidez infinita en cimentaciones totalmente compensadas.
Cuando se proyectan cimentaciones con sótanos, la excavación compensa parte de la carga del edificio al retirar el peso del suelo existente. En estos casos, los métodos convencionales de cálculo de Ks (el 1-BAS, un método empírico, y el 2-REF, un método semidirecto) o no tienen en cuenta la «paradoja del balasto infinito» (1) o no la integran ni la armonizan (2).
Si la carga neta transmitida al terreno es próxima a cero o negativa, la deformación generada por la cimentación tiende a cero, ya que la profundidad de influencia del bulbo de tensiones tiende a cero y, por tanto, el valor del balasto vertical tiende a infinito. Con la propuesta metodológica del trabajo (3-NEW, un método directo), se resuelve esta paradoja al vincular Ks directamente con los asientos elásticos reales y con las cargas transmitidas por la estructura, lo que explica el fenómeno físico y elimina la paradoja en el cálculo mediante un límite mínimo de la profundidad de influencia (el 5 % de la carga bruta transmitida). En escenarios totalmente compensados, el método regula la respuesta mediante umbrales y el factor de seguridad (FS), evitando así resultados físicamente inconsistentes.
3. Estamos olvidando el factor de seguridad donde más importa: en los asientos.
En geotecnia, es habitual aplicar un factor de seguridad (FS) de entre 2,5 y 3,0 frente a la rotura del terreno. Sin embargo, cuando el diseño se basa en el límite de asientos (algo muy común en grandes losas), aplicamos un factor de seguridad de 1,0.
Se debería buscar una mayor coherencia en esta práctica, ya que, como señala la investigación, los límites de servicio (como los asientos) quedan desprotegidos frente a la variabilidad e incertidumbre del subsuelo. En otras palabras, no dejamos margen de seguridad para proteger la estructura frente a la fisuración, las deformaciones excesivas o los daños en los acabados, que son consecuencia directa de los asientos. La investigación propone un factor de seguridad formal para el cálculo de Ks (FS = 1,2 en condiciones estándar), lo que permite armonizar la seguridad en los estados límite últimos y de servicio.
4. El diseño más seguro resultó también el más sostenible en su ciclo de vida.
El estudio comparó tres alternativas de diseño (A1-BAS, A2-REF y A3-NEW) mediante un análisis de sostenibilidad del ciclo de vida. Inicialmente, la alternativa A1 (diseñada con el método tradicional) parecía la más rentable en términos de costes y emisiones de CO₂.
Sin embargo, al introducir el criterio social de seguridad, que cuantifica la fiabilidad estructural y la seguridad para los usuarios y se deriva del nuevo marco de cálculo, la alternativa A1 fue penalizada drásticamente. La ganadora fue la alternativa A3 (diseñada con el nuevo método), no por ser la mejor en un único aspecto, sino por ofrecer el mejor equilibrio global, destacando en el criterio clave de seguridad. De hecho, A3 consiguió una mejora relativa del 50 % en el rendimiento agregado de sostenibilidad. En la práctica, esto se tradujo en un diseño que, en comparación con la alternativa A2, redujo los costes de construcción en un 12,5 % y, en comparación con la alternativa A1, disminuyó los costes de mantenimiento a largo plazo en casi un 24 %, lo que demuestra que la seguridad y la eficiencia económica pueden ir de la mano.
5. Una mayor precisión en el cálculo no implica un sobrecoste, sino un uso más eficiente del suelo.
Un análisis más riguroso de un problema no tiene por qué dar soluciones conservadoras y, por tanto, costosas. Este estudio demuestra lo contrario. Al comparar la presión admisible bruta (Qba) que el terreno puede soportar sin exceder los asientos permitidos, los resultados fueron reveladores:
Método convencional (2-REF): Qba = 0,146 MPa.
Nuevo método propuesto (3-NEW): Qba = 0,265 MPa.
Este notable aumento no se debe a una alteración del suelo, sino a que el nuevo método modela con mayor precisión la interacción suelo-estructura, considerando la profundidad de influencia (19 metros en este caso) y los asientos elásticos reales, lo que evita el conservadurismo innecesario de los métodos simplificados. Esta mayor eficiencia se traduce directamente en un diseño más optimizado y competitivo. Esta optimización no solo reduce costes, sino que también minimiza el consumo de hormigón y acero, lo que la convierte en un pilar fundamental de la construcción sostenible.
Conclusión
Hemos visto que el módulo de balasto no es una propiedad intrínseca del suelo, sino una interacción dinámica; que los métodos tradicionales caen en paradojas; que, en algunos casos, pueden comprometer la seguridad donde más importa; y que, al corregir estos errores, el diseño más seguro también se revela como el más sostenible y eficiente. Al abandonar las simplificaciones anticuadas o demasiado conservadoras y adoptar modelos que reflejen la realidad de la interacción suelo-estructura, no solo podremos construir con mayor confianza, sino también de manera más inteligente y responsable con nuestros recursos.
Así pues, nos surge una pregunta final: si los cimientos de nuestros edificios se basan en principios desactualizados, ¿qué otras suposiciones fundamentales de la ingeniería debemos reexaminar para construir un futuro más resiliente?
De vez en cuando, los resultados de los trabajos de investigación de nuestro grupo tienen una gran repercusión. En algunos artículos anteriores podéis ver un ejemplo de la repercusión del proyecto RESILIFE. En este caso, se trata de una entrevista que me realizó Eduard Muñoz para el programa Un día perfecte. Se trata de un espacio donde se abre una puerta a todas aquellas personas con inquietudes culturales y científicas. Mi agradecimiento.
A continuación, os dejo un resumen de la entrevista. Al final del artículo, podréis escucharla completa. Espero que os resulte interesante.
El acceso a una vivienda digna, asequible y sostenible es uno de los grandes desafíos de nuestra era. Ante la escasez, el aumento de los costes y la necesidad de reducir el impacto medioambiental, buscar soluciones se ha convertido en una urgencia global. A menudo, las respuestas más innovadoras no provienen de las oficinas de las grandes constructoras, sino de la investigación académica. En este caso, un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV), dirigido por el investigador Víctor Yepes y la doctoranda Ximena Luque, ha desarrollado una nueva metodología que cambia nuestra forma de entender la construcción. Sus conclusiones, fruto de un riguroso análisis, desafían muchas de nuestras ideas preconcebidas sobre cómo debe ser la casa del futuro.
Olvida la idea del «barracón»: la prefabricación de alta calidad ya está aquí.
En España, la palabra «prefabricado» suele evocar una imagen de baja calidad, de construcciones temporales o «barracones» poco estéticos. Sin embargo, como explica Yepes, esta percepción está completamente desactualizada. Para desmontar este mito, propone una analogía contundente: las autocaravanas de gran lujo o los yates son elementos industrializados y prefabricados que alcanzan un altísimo nivel de acabado y calidad. El principio es el mismo: fabricar componentes en un entorno de fábrica controlado permite un nivel de precisión y de control de calidad difícil de lograr en una obra a la intemperie. Este nuevo enfoque de construcción industrializada no es una solución de segunda categoría, sino una tendencia en auge en los países nórdicos y en ciudades como Londres, que demuestra que la eficiencia de la fabricación en serie puede ir de la mano de la excelencia y el diseño.
La vivienda más eficiente está hecha de acero ligero.
El proyecto de investigación RESILIFE se centró en un caso de estudio en Perú, un país que se enfrenta a dos grandes desafíos en materia de vivienda: la prevalencia de la autoconstrucción de baja calidad y el alto riesgo sísmico. Tras analizar múltiples alternativas, desde los tradicionales muros de ladrillo y hormigón armado hasta paneles prefabricados, el estudio halló la solución óptima para este contexto específico: un sistema industrializado de acero ligero conocido como light steel frame.
Esta solución resultó ser superior por varias razones clave:
Seguridad sísmica: cumple con la estricta normativa de zonas de alto riesgo sísmico.
Eficiencia energética: proporciona un alto rendimiento energético, lo que reduce los costes de mantenimiento a largo plazo.
Estructura liviana: se basa en paneles prefabricados que conforman una estructura muy ligera.
Velocidad de construcción: permite una edificación extraordinariamente rápida, una ventaja crucial en situaciones de emergencia, como demostró China al construir un hospital en 15 días durante la pandemia.
Este caso demuestra que los materiales tradicionales no siempre son la respuesta más inteligente.
«El hormigón y el ladrillo son formas tradicionales de construcción en España, pero no hay que descartar otras posibilidades que, gracias a las nuevas tecnologías de inteligencia artificial, diseño asistido por ordenador, etc., harán que en el futuro sean posiblemente las más rápidas y eficientes».
— Víctor Yepes, investigador del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH).
Reducir el coste de construcción no basta para solucionar la crisis de la vivienda.
Los sistemas industrializados, como el de acero ligero, pueden reducir los costes directos de construcción entre un 15 % y un 20 %, lo cual no es una cifra desdeñable. Sin embargo, este ahorro no es la solución mágica a la crisis de asequibilidad, al menos en España. El investigador señala una realidad estructural del mercado inmobiliario español: el suelo SUELE representa más del 50 % del precio final de una vivienda. Por lo tanto, aunque abaratar la construcción es un paso positivo, la solución fundamental para que los precios bajen pasa por otra vía: es necesario poner más suelo público en el mercado para equilibrar la oferta y la demanda.
La clave no es un tipo de casa, sino una «receta» inteligente para construirla.
Aunque la casa de acero ligero en Perú es un resultado interesante, el verdadero avance de esta investigación no es un producto, sino un proceso. El resultado más importante es la creación de una metodología universal y adaptable, un motor capaz de generar la mejor solución para cualquier lugar del mundo. El equipo ha desarrollado una herramienta objetiva e imparcial que, mediante el uso de inteligencia artificial, puede analizar las condiciones locales y determinar la solución constructiva más adecuada.
Esta metodología tiene en cuenta una gran variedad de factores para tomar la decisión más acertada.
Costes locales de energía, electricidad y transporte.
La normativa vigente en la zona.
Disponibilidad de materiales y mano de obra.
Nivel de especialización de los trabajadores locales.
Esto significa que la mejor solución para Perú no tiene por qué serlo para España o el Reino Unido. La verdadera innovación consiste en ofrecer una solución personalizada y optimizada para las circunstancias específicas de cada lugar.
El futuro de la construcción debe ser inteligente, pero también humano.
Este trabajo demuestra que el futuro de la vivienda no depende de aferrarse a un único material, sino de aplicar inteligencia y una visión holística. No obstante, los investigadores advierten contra una solución puramente tecnocrática. Un proceso industrial muy eficiente puede reducir costes, pero si deja de lado a la mano de obra local, simplemente cambia un problema por otro. Por ello, ahora estudian cómo integrar el «factor humano» en su metodología. La casa verdaderamente «inteligente» del futuro también debe tener un impacto social inteligente, equilibrando la eficiencia con el empleo.
El conocimiento para construir mejor ya existe. Como subraya Víctor Yepes, la ciencia y la universidad generan soluciones aplicables a problemas reales. Su llamamiento final es un recordatorio crucial para los responsables políticos y económicos: es hora de escuchar a la investigación y aplicar estos criterios para construir un futuro más sostenible y justo para todos.
Si la ciencia ya nos ofrece las herramientas para construir de forma más inteligente y sostenible, ¿estamos preparados como sociedad para adoptar el cambio?
Os dejo la entrevista completa. Espero que os resulte interesante.
Acaban de publicar un artículo nuestro en Environmental Impact Assessment Review, una de las revistas con mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR. En este trabajo se aborda, desde un enfoque innovador, la optimización de los intervalos de mantenimiento reactivo en edificios costeros construidos con métodos modernos de construcción (MMC). La investigación se enmarca dentro del proyecto RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se muestra un resumen del trabajo e información de contexto.
Quienes trabajamos en ingeniería de la construcción sabemos que los entornos costeros son un auténtico reto. La combinación de humedad, salinidad y vientos cargados de cloruros acelera la corrosión de las armaduras en el hormigón armado. Como consecuencia, estructuras tan comunes como hoteles de playa, bloques residenciales o edificios públicos junto al mar sufren un deterioro prematuro que reduce su vida útil, incrementa los costes de reparación y pone en riesgo la seguridad estructural.
Tradicionalmente, la industria de la construcción ha centrado sus esfuerzos en reducir el impacto ambiental de los materiales y de la fase inicial de obra, dejando en segundo plano la importancia del mantenimiento y la rehabilitación. Sin embargo, cada vez está más claro que prolongar la vida útil mediante estrategias de conservación es clave para lograr ciudades sostenibles.
La pregunta de partida
El equipo investigador se planteó la siguiente cuestión central: ¿qué combinación de diseño preventivo y mantenimiento reactivo permite alargar la vida útil de un edificio costero de hormigón armado de la forma más sostenible, equilibrando costes, impacto ambiental y repercusiones sociales?
Para responderla, compararon doce alternativas de diseño que mejoran la durabilidad frente a los cloruros y analizaron distintas estrategias de reparación en función del nivel de deterioro.
La aportación más destacada
Lo más novedoso del trabajo es la integración de un análisis del ciclo de vida (LCA) con un modelo de ayuda a la decisión basado en FUCOM-TOPSIS. Este enfoque híbrido no solo cuantifica los costes de construcción y mantenimiento, sino también los impactos ambientales (emisiones, recursos y salud humana) y sociales (seguridad de los trabajadores, generación de empleo, molestias a usuarios y a la comunidad local).
En otras palabras, el modelo permite determinar qué intervalos de mantenimiento reactivo son óptimos para cada diseño año tras año y compararlos desde una perspectiva de sostenibilidad global.
Cómo se ha llevado a cabo
Caso de estudio: un módulo de hotel en Sancti Petri (Cádiz), construido con losas aligeradas tipo Unidome mediante MMC.
Diseños preventivos analizados: desde adiciones (humo de sílice, cenizas volantes), cementos resistentes a sulfatos, reducción de la relación agua/cemento o mayor recubrimiento, hasta soluciones más avanzadas como aceros galvanizados o inoxidables.
Estrategias de mantenimiento: cuatro niveles de intervención, desde reparaciones superficiales hasta sustitución de armaduras corroídas.
Modelización: se aplicó el modelo de corrosión de Tuutti para estimar periodos de iniciación y propagación del daño.
Criterios de evaluación: ocho en total (dos económicos, dos ambientales y cuatro sociales), ponderados mediante FUCOM y evaluados con TOPSIS.
Resultados principales
Los resultados son muy ilustrativos para la práctica profesional.
Las soluciones más sostenibles combinaban cemento multirresistente, tratamientos hidrofóbicos anticorrosión y adiciones minerales, como el humo de sílice. Estas alcanzaron una mejora de la sostenibilidad de hasta el 86 % respecto al diseño base.
El cemento sulforresistente (SRC) se presentó como la alternativa más equilibrada, con un ciclo de mantenimiento cada 53 años y un ahorro del 65 % en comparación con el caso de referencia.
El acero inoxidable prácticamente elimina el mantenimiento durante 100 años, pero su impacto económico y medioambiental inicial lo convierte en una opción poco competitiva.
El acero galvanizado ofrece un buen compromiso, ya que es más duradero que el hormigón convencional y su coste es razonable, aunque su impacto ambiental es superior al de otras soluciones.
No siempre «menos mantenimiento» significa más sostenibilidad: la clave es intervenir en el momento adecuado para reducir costes y emisiones acumuladas a lo largo de todo el ciclo de vida.
Aplicaciones prácticas en la ingeniería
Este estudio aporta varias lecciones que se pueden aplicar directamente a la práctica:
Planificación a largo plazo: las decisiones de diseño inicial deben ir acompañadas de una estrategia de mantenimiento clara, no solo de criterios de durabilidad normativa.
Visión integral: al evaluar alternativas, no basta con comparar costes iniciales. También hay que tener en cuenta el impacto ambiental y social de cada opción.
Aplicabilidad amplia: aunque el caso analizado es un hotel costero, la metodología es válida para puentes, puertos, depuradoras y cualquier otra estructura de hormigón expuesta a ambientes marinos.
Alineación con la normativa europea: este tipo de enfoques encaja con las estrategias de descarbonización y economía circular de la UE, que exigen evaluar todo el ciclo de vida de las infraestructuras.
En definitiva, este trabajo nos recuerda que la sostenibilidad en la construcción no solo depende de lo que hacemos al levantar un edificio, sino también de cómo lo mantenemos a lo largo de su vida útil. Y, sobre todo, que la ingeniería ya cuenta con herramientas sólidas para planificar esas decisiones de manera objetiva, transparente y alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible.
Acaban de publicarnos un artículo en Innovative Infrastructure Solutions, revista indexada en el JCR. El artículo presenta un marco de optimización estructural para edificios con pórticos de hormigón armado que integra la resistencia frente al colapso progresivo y la interacción suelo-estructura con el objetivo de conseguir diseños seguros, sostenibles y realistas. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación se recoge un resumen sintético del trabajo.
En los últimos años, la optimización matemática se ha convertido en una herramienta muy valiosa para la ingeniería. Lejos de ser un mero ejercicio teórico, se ha comprobado que permite diseñar estructuras más eficientes, con menos consumo de materiales, costes e impacto medioambiental. Sin embargo, hasta ahora, un aspecto importante había quedado fuera de estos procesos de optimización: la seguridad frente al colapso progresivo, un fenómeno en el que el fallo localizado de un elemento estructural provoca una reacción en cadena que puede ocasionar el derrumbe total del edificio.
Este tipo de situaciones no son meramente hipotéticas: explosiones accidentales, impactos de vehículos, errores de ejecución e incluso actos intencionados han provocado a lo largo de la historia fallos de este tipo, con consecuencias devastadoras en términos humanos y económicos. Por este motivo, organismos como la General Services Administration (GSA) y el Departamento de Defensa (DoD) de EE. UU. han desarrollado directrices específicas para incorporar criterios de robustez frente al colapso progresivo en el diseño estructural.
La principal aportación de este trabajo es la propuesta de un marco computacional integrado denominado Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse (ObRDPC), que combina tres elementos fundamentales:
Optimización estructural mediante algoritmos heurísticos.
Diseño robusto frente a colapso progresivo, aplicado desde el inicio del proceso de cálculo con el método del Alternate Path.
Consideración de la interacción suelo–estructura (SSI), aspecto habitualmente ignorado, pero que modifica de forma notable la respuesta real de un edificio.
La metodología desarrollada no se limita a verificar a posteriori si una estructura cumple los requisitos de robustez, sino que integra estas exigencias como restricciones en el propio proceso de optimización. Así, el algoritmo no solo busca minimizar un objetivo (en este caso, las emisiones de CO₂ asociadas a la construcción), sino que también garantiza la seguridad frente a escenarios de fallo.
Para validar la propuesta, se estudiaron cinco casos de edificios de pórticos de hormigón armado tridimensionales con distintas combinaciones de número de plantas (de cuatro a seis) y longitudes de vano (cuatro, seis y ocho metros). A cada edificio se le aplicaron dos escenarios de daño: la eliminación de una columna de esquina y la eliminación de una columna exterior. Estos escenarios, definidos en la guía GSA, simulan situaciones críticas y permiten evaluar la capacidad de la estructura para redistribuir las cargas y evitar un colapso en cadena.
El marco ObRDPC integra un proceso automatizado en el que el modelado estructural se realiza con SAP2000, enlazado con rutinas programadas en MATLAB. Además, se tiene en cuenta el diseño constructivo de cimentaciones mediante zapatas aisladas, que se modelan como losas apoyadas sobre un suelo con comportamiento elástico. En este punto, la SSI es fundamental, ya que los asientos diferenciales de la cimentación generan esfuerzos adicionales en pilares y vigas, lo que modifica la redistribución de cargas en caso de fallo. El estudio muestra que ignorar este efecto puede dar lugar a errores de hasta el 24 % en el dimensionamiento de la superestructura tras la pérdida de un pilar, lo que se traduce en diseños potencialmente inseguros o, por el contrario, sobredimensionados y poco sostenibles.
Los resultados más destacados se pueden resumir así:
Influencia de la altura del edificio: a medida que aumenta el número de plantas, la estructura gana en robustez. Esto se debe a la redundancia estructural y a la existencia de múltiples caminos alternativos para la redistribución de cargas (efecto de pórtico global, mecanismos tipo Vierendeel, etc.). En consecuencia, los edificios de mayor altura presentan una menor diferencia entre un diseño convencional y otro robusto frente al colapso progresivo.
Influencia de la luz de vano: a diferencia de lo que ocurre con la altura, un mayor aumento de la luz compromete la robustez. En vanos de 8 metros, el impacto ambiental de un diseño robusto frente al colapso progresivo aumenta en más de un 50 %. La razón es doble: por un lado, las vigas deben absorber momentos flectores mucho mayores cuando desaparece un apoyo y, por otro, disminuye la redundancia estructural al haber menos pilares por unidad de superficie.
Estrategias de redistribución de cargas: los mecanismos estructurales varían según el elemento. En las vigas, la optimización conduce a secciones más profundas y a un incremento del refuerzo superior de hasta el 35 % en zonas críticas. En los pilares, tienden a utilizarse secciones más robustas y hormigones de mayor resistencia (hasta 40 MPa) para controlar las solicitaciones combinadas de axiles y flectores. Las cimentaciones, por su parte, tienden a tener geometrías más cuadradas, lo que mejora su respuesta frente a asientos diferenciales.
Impacto ambiental y sostenibilidad: en edificios con vanos moderados (4 m), el sobrecoste ambiental de diseñar frente a un colapso progresivo es inferior al 8 %, una cifra razonable para garantizar una mayor seguridad. Sin embargo, en estructuras con vanos grandes, el impacto es muy significativo, por lo que es necesario reflexionar sobre las limitaciones geométricas de ciertos proyectos si se pretende compatibilizar sostenibilidad y robustez.
El valor práctico de esta investigación es indudable. Frente a los métodos tradicionales basados en el ensayo y el error y en hipótesis de apoyo rígido, la propuesta permite automatizar el proceso de diseño e integrar la seguridad y la sostenibilidad desde el principio. Para los ingenieros y proyectistas, esto supone una herramienta que evita tanto el riesgo de subdiseño (estructuras inseguras) como el de sobrediseño (estructuras innecesariamente pesadas y contaminantes).
En definitiva, este trabajo supone un avance hacia una ingeniería estructural más integral, ya que no solo se trata de optimizar costes o reducir emisiones, sino también de garantizar la resiliencia de nuestras construcciones frente a eventos extremos. La integración de la interacción suelo-estructura añade, además, un realismo que acerca la investigación a la práctica profesional. En el futuro, esta metodología podría extenderse a otros sistemas estructurales, como marcos metálicos, estructuras mixtas o rascacielos, lo que supondría un horizonte prometedor para la construcción de infraestructuras seguras, sostenibles y duraderas.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. Desarrolla un marco de decisión multicriterio que integra análisis del ciclo de vida (económico, ambiental y social) con técnicas avanzadas de decisión en entornos de incertidumbre (DEMATEL, DANP y TOPSIS en entornos difusos). El modelo se ha aplicado a un caso real de refuerzo de pilares de hormigón armado en Quito, una ciudad expuesta a riesgos sísmicos y volcánicos, por lo que los resultados son especialmente relevantes para la práctica profesional. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València, y es fruto de la colaboración con la Universidad Central de Ecuador. A continuación se recoge un resumen sintético del trabajo.
En los últimos años, la ingeniería civil ha tenido que replantear las estrategias de intervención en el patrimonio edificado. En regiones con alta peligrosidad sísmica, es imperioso reforzar las estructuras de hormigón armado construidas conforme a normativas antiguas. La demolición y reconstrucción, aunque técnicamente es posible, tiene un gran impacto ambiental y social, y supone un coste elevado. Por este motivo, la investigación reciente se orienta hacia metodologías que permitan adoptar soluciones integrales que equilibren la seguridad estructural, la sostenibilidad ambiental, la viabilidad económica y la aceptación social.
Un objetivo ambicioso: tomar decisiones informadas y sostenibles.
El objetivo del estudio es proporcionar a los ingenieros un procedimiento para priorizar técnicas de refuerzo sísmico de pilares de hormigón armado que tenga en cuenta de manera simultánea los siguientes aspectos:
Costes de ciclo de vida (LCC): diseño, construcción, mantenimiento y demolición.
Impactos ambientales (LCA): consumo de recursos, emisiones con efectos sobre la salud humana y daños a los ecosistemas.
Impactos sociales (S-LCA): seguridad de los trabajadores, derechos laborales, efectos sobre la comunidad local, compatibilidad arquitectónica y tiempo de interrupción del uso.
Lo novedoso es que estos criterios no se tratan como compartimentos estancos, sino como un sistema interdependiente en el que las decisiones económicas repercuten en lo social y lo ambiental, y viceversa.
La metodología paso a paso
Selección de criterios: se identificaron nueve indicadores distribuidos en tres dimensiones (económica, ambiental y social).
Análisis de relaciones causales (fuzzy DEMATEL): permitió visualizar qué criterios actúan como causa (por ejemplo, el coste de construcción influye en varios indicadores) y cuáles como efecto (por ejemplo, la salud humana se ve afectada por las decisiones ambientales y económicas).
Determinación de pesos relativos (DANP): se asignó importancia a cada criterio teniendo en cuenta esas interdependencias. La dimensión social emergió como la de mayor peso global (44,6%), seguida de la ambiental (32,2%) y la económica (23,1%).
Evaluación de alternativas (TOPSIS): se compararon tres técnicas habituales de refuerzo de pilares:
Encamisado con hormigón armado.
Encamisado con acero.
Revestimiento con CFRP (polímeros reforzados con fibra de carbono).
Cada una se evaluó en todas las fases del ciclo de vida, desde la extracción de materias primas hasta el final de vida.
Resultados: el CFRP como mejor opción global
El análisis mostró perfiles muy diferenciados:
Hormigón armado (RC):
Ventaja: la alternativa más barata en coste inicial y en LCC.
Inconveniente: presenta los mayores impactos ambientales y sociales, debido al uso intensivo de materiales (cemento y áridos) y a la mayor duración y molestias de obra.
Acero (ST):
Ventaja: menor impacto social que el hormigón, reducción moderada de impactos ambientales.
Inconveniente: costes significativamente más altos, sobre todo en mantenimiento y fin de vida (protecciones contra corrosión, demolición).
CFRP:
Ventaja: mejor desempeño ambiental (hasta un 81% menos de consumo de recursos respecto al RC) y social (reducción de hasta un 85% en impactos sobre la sociedad). Además, tiempos de ejecución mucho más cortos, con mínima afectación al uso del edificio.
Inconveniente: coste inicial muy superior (un 154% más que el RC).
Resultado: pese a ese mayor coste inicial, es la alternativa mejor valorada globalmente cuando se consideran los 50 años de vida útil.
La conclusión es clara: el criterio de sostenibilidad a largo plazo favorece el uso del CFRP, aunque su adopción aún depende de la disponibilidad económica y de la madurez del mercado en cada contexto.
Aplicaciones prácticas en la ingeniería real
Para el proyecto de refuerzo de una estructura, este estudio ofrece varias lecciones prácticas:
Justificación técnica y económica: el marco permite presentar a clientes y administraciones un análisis riguroso que va más allá del presupuesto inicial, considerando impactos a 50 años.
Planificación de obra: la valoración de los tiempos de intervención y la compatibilidad arquitectónica muestra que soluciones como el CFRP pueden reducir notablemente la interrupción de la actividad en edificios de uso crítico (hospitales, colegios, edificios administrativos).
Selección de materiales: el análisis evidencia cómo el acero requiere medidas de protección adicionales frente a la corrosión, mientras que el hormigón aumenta considerablemente la huella de carbono. Esto impulsa a considerar materiales compuestos, incluso con su mayor precio, cuando la sostenibilidad y el servicio a la comunidad son prioritarios.
Diseño normativo y políticas públicas: al integrar impactos sociales, el modelo puede orientar normativas de rehabilitación sísmica en países con gran stock de edificaciones vulnerables, priorizando soluciones que maximicen beneficios sociales, además de estructurales.
Conclusiones y recomendaciones para la práctica profesional
Mirar más allá del coste inicial: la ingeniería actual debe adoptar un enfoque de ciclo de vida para que las decisiones sean sostenibles y no hipotequen a futuras generaciones.
Dar peso a lo social: en muchos contextos, el impacto en trabajadores y usuarios pesa tanto como la seguridad estructural. Reducir los tiempos de obra y las afecciones al entorno puede ser determinante.
Promover materiales innovadores: el CFRP se posiciona como un referente en refuerzos sísmicos por su durabilidad, bajo impacto ambiental y beneficios sociales.
Aplicar marcos multicriterio: metodologías como la propuesta permiten al ingeniero defender decisiones complejas con base científica y transparencia.
Aprovechar el modelo en la planificación pública: puede guiar programas de rehabilitación masiva en países sísmicamente activos, optimizando recursos y beneficios.
En definitiva, este trabajo no solo aporta un modelo matemático, sino también una forma de pensar y justificar nuestras decisiones como ingenieros civiles. Es un claro ejemplo de cómo la integración de herramientas de análisis avanzado con criterios de sostenibilidad puede transformar la práctica profesional y alinearla con los retos del siglo XXI.
Este audio os puede servir para entender el trabajo realizado.
