proyectos – Página 4 – El blog de Víctor Yepes

La gestión de los procesos constructivos en el Código Estructural

Seguimos examinando los contenidos del Código Estructural relacionados con el control de la calidad. Ya he comentado en este blog cómo los conceptos aparecen diseminados a lo largo del articulado, incluso con incongruencias que estoy tratando de sacar a la luz. La trazabilidad, el nivel de control y, en particular, el control de los procesos de ejecución aparecen en distintos artículos.

Si en una entrada anterior ya analicé el control de la conformidad de los procesos de ejecución, ahora voy a centrarme en la gestión de los procesos constructivos, atendiendo al Artículo 14 del Código Estructural.

Ya os adelanto que, si alguien está esperando aprender cómo se gestionan los procesos constructivos leyendo este epígrafe del Código, se va a llevar una decepción.

Bajo este artículo se recogen tres aspectos que, si bien están relacionados de alguna forma con los procesos constructivos, son dispares entre sí. Se incluyen aquí las instalaciones ajenas a la obra, la gestión medioambiental de la ejecución y el nivel de control y clases de ejecución. De su lectura resulta evidente que no está aquí recogido todo lo relacionado con la gestión de la ejecución. Como suele ser habitual, se han integrado en este Artículo 14 el parte del contenido de algunos otros de la derogada Instrucción de Hormigón Estructural EHE-08. En particular, la EHE-08 dedicaba el Artículo 66.2 a la gestión de los acopios de materiales en la obra y el Artículo 66.3 a las consideraciones de carácter medioambiental y de contribución a la sostenibilidad. Por otra parte, y aunque en el actual Artículo 14.3 se indiquen los niveles de control del proyecto, realmente es el Artículo 55.1 el que lo desarrolla. A pesar de esta diáspora de conceptos, vamos a analizar los cambios más significativos que encontramos en el actual Código.

La primera novedad consiste en que el constructor debe disponer de unos procedimientos escritos para cada uno de los procesos de ejecución de la estructura, coherentes con el proyecto, acordes con la reglamentación que sea aplicable y conforme con sus propios medios de producción. Resulta curioso que aún se hable de “procedimientos escritos”, cuando los registros normalmente son digitales. Esta obligación se encuentra alineada con los requisitos que tiene cualquier empresa que tenga certificado su sistema de gestión de la calidad conforme a ISO 9001. Es decir, que la constructora puede no estar certificada, pero tiene la obligación de los procedimientos. Existe, por tanto, una presión implícita del Código para que las empresas constructoras tengan certificado su sistema de gestión de la calidad.
Aparece el concepto “clase de ejecución” que es similar al de “nivel de control“, ambos definidos en el proyecto. El primero tiene que ver con las estructuras de acero, y el segundo, con las de hormigón. Hubiera sido interesante unificar ambos términos para dar coherencia a la norma. Se trata de establecer unos niveles de trazabilidad en función de la clase o del control de ejecución. Ello obliga al constructor a disponer de un sistema de registro y seguimiento de las unidades ejecutadas. Se trata de relacionar cada partida o remesa con el elemento construido (nivel A) o con el lote de ejecución (nivel B).
Se ha introducido el Artículo 14.1 sobre instalaciones ajenas a la obra. Su inclusión es obvia, pues trata de asegurar la trazabilidad mediante una gestión de los acopios. Suelen proceder de instalaciones industriales ajenas a la obra que suministran productos elaborados o semielaborados como estructuras metálicas, prefabricados o ferralla.
Se proponen tres niveles de gestión ambiental que, si bien presentan una escala diferente de exigencias, bastaría con cumplir uno de ellos, salvo requisito adicional de la propiedad. El nivel de operatividad medioambiental exige simplemente que el constructor cumpla la legislación vigente. Esto es tan obvio que sobrarían el resto de niveles. No obstante, el Código apunta la tendencia futura a mayores exigencias. Así, se aspira a una certificación medioambiental bajo ISO 14001 o similar. Un paso intermedio sería el nivel de sensibilización medioambiental cuando, a falta de certificación, la dirección facultativa comprueba que el constructor cumple una serie de requisitos ambientales específicos recogidos en el proyecto, previo acuerdo con la propiedad. Es evidente, como vimos anteriormente, que existe una presión hacia la certificación de la gestión de la calidad y del medioambiente de las empresas constructoras.
Se añade el Artículo 14.3 sobre niveles de control y clases de ejecución. Como se ha comentado, son dos conceptos análogos desde el punto de vista del nivel de trazabilidad, para las estructuras de hormigón y de acero, respectivamente. Por cierto, las tablas 14 y 14.3.1 son redundantes. Otra oportunidad perdida para simplificar y mejorar la legibilidad del Código.
Por último, es muy importante recoger la exigencia para el caso de puentes, donde el nivel de control será siempre el intenso. Ciertamente, la redacción del artículo es confusa, pues exige “clase de ejecución” para los elementos de hormigón. Otra ocasión perdida para mejorar el texto.

Os he grabado un vídeo explicativo que espero os resulte de interés.

Os dejo a continuación la transcripción del Artículo 14 del Código Estructural para su consulta.

Artículo 14. Gestión de los procesos constructivos.

El constructor deberá disponer de:

a) unos procedimientos escritos para cada uno de los procesos de ejecución de la estructura, coherentes con el proyecto, acordes con la reglamentación que sea aplicable y conforme con sus propios medios de producción, y

b) un sistema de gestión de los materiales, productos y elementos que se vayan a colocar en la obra, de manera que se asegure la trazabilidad de los mismos. Dicho sistema de gestión deberá presentar, al menos, las siguientes características:

– disponer de un registro de suministradores de la obra, con identificación completa de los mismos y de los materiales y productos suministrados,

– disponer de un sistema de almacenamiento de los acopios en la obra que permita mantener, en su caso, la trazabilidad de cada una de las partidas o remesas que llegan a la obra, y

– disponer de un sistema de registro y seguimiento de las unidades ejecutadas que relacione estas con las partidas de productos utilizados y, en su caso, con las remesas empleadas en las mismas, de manera que se pueda mantener un determinado nivel de trazabilidad durante la ejecución de la obra, de acuerdo con el nivel de control y la clase de ejecución definido en el proyecto, de acuerdo con la tabla 14, donde:

• el nivel A de trazabilidad permite relacionar cada partida o remesa con el elemento construido, mientras que
• el nivel B de trazabilidad permite relacionar cada partida o remesa con el lote de ejecución.

14.1 Instalaciones ajenas a la obra.

En el caso de instalaciones industriales ajenas a la obra que suministren productos elaborados o semielaborados a la misma (como por ejemplo, los talleres de estructura metálica, las industrias de prefabricados o los talleres de ferralla), deberán disponer de los sistemas adecuados de gestión de los acopios que les permitan mantener los niveles de trazabilidad establecidos para la estructura.

14.2 Gestión medioambiental de la ejecución.

Sin perjuicio del cumplimiento de la legislación de protección ambiental vigente, la propiedad podrá establecer que el constructor tenga en cuenta una serie de consideraciones de carácter medioambiental durante la ejecución de la estructura, al objeto de minimizar los potenciales impactos derivados de dicha actividad. A los efectos de este Código, se pueden contemplar tres niveles de gestión medioambiental, definidos de acuerdo con el siguiente criterio:

a) nivel de certificación medioambiental, cuando la obra se encuentre incluida en el alcance de la certificación del constructor de conformidad con UNE-EN ISO 14001 o norma equivalente ISO 14001,
b) nivel de sensibilización medioambiental, cuando la obra no esté en posesión del certificado indicado en el punto a), pero la dirección facultativa compruebe que el constructor cumple una serie de requisitos ambientales específicos recogidos en el proyecto, previo acuerdo con la propiedad, y
c) nivel de operatividad medioambiental, cuando el constructor se limite al cumplimiento de la legislación medioambiental vigente.

En su caso, dicha exigencia debería incluirse en un anejo de evaluación ambiental de la estructura, que formará parte del proyecto. En caso de que el proyecto no contemplara este tipo de exigencias para la fase de ejecución, la propiedad podrá obligar a su cumplimiento mediante la introducción de las cláusulas correspondientes en el contrato con el constructor.

En particular, el sistema de gestión medioambiental de la ejecución deberá identificar las correspondientes buenas prácticas medioambientales a seguir durante la ejecución de la obra. En el caso de que el proyecto haya establecido exigencias relativas a la contribución de la estructura a la sostenibilidad, de acuerdo con el capítulo 2, la ejecución deberá ser coherente con dichas exigencias.

En el caso de que algunas de las unidades de obra sean subcontratadas, el constructor, entendido este como el contratista principal, deberá velar para que se observe el cumplimiento de las consideraciones medioambientales en la totalidad de la obra.

14.3 Nivel de control y clases de ejecución.

El pliego de prescripciones técnicas particulares del proyecto incluirá la identificación del nivel de control de ejecución en el caso de estructuras de hormigón, y de las clases de ejecución que serán aplicables a cada elemento en el caso de estructuras de acero, necesarias para garantizar el nivel adecuado de seguridad.

Una estructura de acero puede incluir elementos de distinta clase. En dicho caso, debe procederse a agrupar los elementos por clases al objeto de simplificar la especificación de los criterios requeridos, la gestión de su comprobación y la valoración de su ejecución y control.

De acuerdo con los índices de fiabilidad adoptados en el apartado 5.2.1 de este Código, debe cumplirse una clase de fiabilidad RC2. Por ello, el nivel de inspección durante la ejecución según el apartado B5 del Anejo 18 debe ser, al menos, el IL2, lo que conlleva a que:
– en los elementos de hormigón, un control de ejecución intenso o normal (según el apartado 22.4.1), y
– en los elementos de acero, un control de ejecución intenso o normal, en función de la clase de ejecución, que deberá ser 2, 3 o 4 (según el apartado 91.2) (tabla 14.3.1).

Salvo indicación en contra de la reglamentación específica que le sea aplicable, en el caso de puentes, la clase de ejecución será:
– para los elementos de hormigón, control de ejecución intenso, y
– para los elementos de acero estructural, clase 3 o 4.

Recojo el comentario del Artículo 14 del código referido a la trazabilidad a efectos de entender mejor el concepto.

“Cuando el articulado se refiere a mantener la trazabilidad, al menos, en el nivel de los lotes de ejecución, se pretende que el sistema de gestión al que se hace referencia permita que, en el caso de que se produjera algún problema con alguna de las partidas de materiales o productos empleados en la obra, pueda identificarse inequívocamente en qué lotes de ejecución ha sido empleada dicha partida. Análogamente, si se produjera algún problema o patología en alguno de los elementos estructurales, una vez relacionado éste con su lote de ejecución correspondiente, deberá poderse identificar inequívocamente, qué partidas de materiales y productos han sido empleados para la ejecución del elemento estructural afectado“.

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

Tratamiento de los residuos según el Código Estructural

https://www.rdsanjuan.com/servicios/demolicion/

Como ya es conocido, el Real Decreto 470/2021, de 29 de junio, fue el que aprobó el vigente Código Estructural. Independientemente de la pertinencia de aprobar esta norma nacional en un momento donde deberíamos converger rápidamente hacia los Eurocódigos, lo cierto es que permite integrar en un solo documento los aspectos relacionados con el hormigón estructural, el acero y las estructuras mixtas. Además, posibilita conocer hacia dónde van las tendencias en este ámbito. No obstante, son necesarias más de 300 normas UNE para complementar el contenido del nuevo código en lo referente a la conformidad de los productos y procesos regulados en el mismo.

En un artículo anterior hablé del término “deconstrucción” y su empleo dentro del Código Estructural. Dejando al margen el acierto en el uso de determinadas palabras, lo cierto es que algo nuevo se respira en el ambiente en relación con el ciclo de vida de las estructuras, en especial cuando tratamos del final de la vida útil. En este caso, uno de los aspectos que se resalta en el nuevo código es el tratamiento de los residuos, tanto al final de la vida de la estructura como en su utilización como material reciclado. Repasemos, pues, el tratamiento que da el Código Estructural a los residuos. Por cierto, que un residuo de construcción y demolición es cualquier sustancia u objeto que, cumpliendo la definición de “residuo” de la Ley 10/1998, de 21 de abril, se genere en una obra de construcción o demolición.

En el artículo 5, referido a los requisitos de las estructura, y en particular en lo referente a la exigencia de calidad medioambiental de la ejecución, se exige tanto en proyecto, en ejecución y en las tareas de intervención sobre las estructuras existentes, la reducción en la generación de residuos.

En cuanto al uso de materiales en el hormigón, el artículo 30.8 referido a los áridos reciclados establece los requisitos para la utilización del árido reciclado procedente de los residuos del hormigón. Además, el artículo 32, sobre las adiciones, se refiere a las cenizas volantes como residuos sólidos.

Pero quizás lo más interesante a este respecto viene con los artículos referidos a la demolición y deconstrucción de las estructuras. Así, el Capítulo 16 se refiere a las estructuras de hormigón, y establece que en el proyecto de demolición de estas estructuras se deben definir los procedimientos de gestión de los residuos, las medidas previstas para la separación de los residuos generados y la retirada de posibles residuos peligrosos. Se añade la obligatoriedad de gestionar los residuos de forma eficiente durante el proceso de demolición. Lo novedoso es que el artículo 78 contempla medidas adicionales para lo que se viene en llamar “deconstrucción de estructuras de hormigón”. No se establece en el código cuándo es obligatorio proceder a la deconstrucción frente a la demolición, pues solo habla de esas medidas adicionales que diferencian ambos procesos, y que pasan por la reutilización y reciclado de la estructura existente. Para ello las medidas adicionales se basan en identificar los elementos reutilizables, los residuos generados y elaborar dos documentos: el Estudio de Gestión de Residuos, que contenga los destinos previstos para los residuos generados, y el Plan de Gestión de Residuos, orientado al reciclado. Además, esta deconstrucción solo la puede realizar una empresa con certificación medioambiental de conformidad con la norma UNE-EN ISO 14001.

El Capítulo 26 trata la demolición y deconstrucción de las estructuras de acero de forma similar a las de hormigón. Y del mismo modo, el Capítulo 36 lo hace con las estructuras mixtas hormigón-acero. Hubiera bastado un solo capítulo referido a la demolición y deconstrucción de las estructuras para no repetir tres veces prácticamente lo mismo.

En este contexto, por tanto, se podrían hacer los siguientes comentarios respecto al tratamiento de los residuos por parte del Código Estructural. Otra cosa es que la legislación o las normas de carácter voluntario definan con mayor claridad alguno de estos aspectos.

El proyecto constructivo de una estructura debe de justificar la reducción en la generación de residuos, no se define cómo ni dónde. La exigencia se amplía a la ejecución a la intervención de las estructuras, pero la indefinición es la misma.
El Código Estructural no aclara cuándo es obligatoria la deconstrucción frente a la demolición de una estructura. Pero, con los requisitos medioambientales actuales, ¿cabe hablar de una demolición que no contemple el reciclado y la gestión de los residuos? No es razonable, por tanto, distinguir el proceso de la demolición del de la deconstrucción. Hubiera bastado en el Código Estructural exigir a la demolición los requisitos adicionales citados.
Se hace necesario un proyecto de demolición, aunque no se habla de un proyecto de deconstrucción.
La reutilización de residuos procedentes de estructuras queda circunscrito en este código al árido reciclado. La reutilización, por tanto, queda indefinida fuera de este ámbito.
Se exigen dos documentos diferentes, el Estudio de Gestión de Residuos y el Plan de Gestión de Residuos, cuyo contenido y estructura no se definen en el código (hay que acudir a otra legislación vigente).
La deconstrucción la puede realizar solo una empresa con certificado ISO 14001. ¿Cualquier empresa, independientemente de su experiencia o capacidad para realizar demoliciones estructurales? No olvidemos que la deconstrucción es una demolición con unos requisitos adicionales.

La conclusión sobre el documento es bastante clara. Aunque se apuntan direcciones estratégicas respecto al ciclo de vida de las estructuras, la parte final queda algo desdibujada. No hay más remedio que acudir a otra normativa o legislación para aplicar con cierto rigor lo que establece el Código Estructural. Véase el Real Decreto 105/2008, de 1 de febrero, por el que se regula la producción y gestión de los residuos de construcción y demolición.

Aquí tenéis un vídeo sobre la demolición de estructuras en el Código Estructural. Organizado por el CITOP de Aragón.

Os dejo aquí un webminar que se desarrolló hace poco sobre el nuevo Código Estructural, organizado por el Colegio Oficial de Aparejadores y Arquitectos Técnicos de Madrid.

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

Optimización de tableros de puentes mixtos con metaheurística de trayectoria

Variables de la sección transversal del puente mixto

La optimización de puentes es un problema complejo debido al gran número de variables que intervienen. En este trabajo se ha realizado la optimización de un puente mixto en cajón considerando el coste como función objetivo. Para ello se ha aplicado el Recocido Simulado (SA) como ejemplo de algoritmo basado en la búsqueda de soluciones mediante trayectorias para la optimización de la estructura. Se observa que la adición de celdas a las secciones transversales del puente mejora no sólo el comportamiento de la sección sino también los resultados de la optimización. Finalmente, se observa que el diseño propuesto de doble acción compuesta materializando losas en el ala inferior sobre apoyos, permite eliminar los rigidizadores longitudinales continuos. Este método automatiza el proceso de optimización de un diseño inicial de un puente de material compuesto, que tradicionalmente se ha basado en la propia experiencia del técnico, permitiendo alcanzar resultados de forma más eficiente.

Referencia:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Composite bridge deck optimization with trajectory-based algorithms. 6th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2021, 1-3 December, Valladolid, Spain, pp. 174-187. ISNB: 978-84-09-39323-7

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¿Qué es LEVEL(s)? El nuevo marco europeo de evaluación voluntario para mejorar la sostenibilidad en la edificación

https://www.construible.es/2020/10/20/ce-lanza-oficialmente-marco-europeo-edificios-sostenibles-level-s

A lo largo de estos años hemos visto un buen cúmulo de métodos de evaluación de la sostenibilidad en la edificación (MEES). Se trata de un campo donde nos encontramos en plena evolución conceptual, desde un enfoque inicial centrado en los impactos ambientales, hasta la inclusión paulatina de aspectos sociales y económicos de la sostenibilidad.

Todo esto ha llevado a la creación de un nuevo marco establecido por la Comisión Europea en materia de edificación que se conoce con el nombre de Level(s) y que se ha lanzado este mismo año 2021. Pero vamos a empezar contextualizando este tema y veamos después, a grandes rasgos, qué es esto de Level(s).

Se han contabilizado más de 700 métodos, desde la década de los 70, que intentan evaluar el comportamiento y rendimiento del edificio y sus impactos (López et al., 2019). Todos ellos son instrumentos basados en indicadores cuantitativos del rendimiento ambiental, económico, social y de usabilidad de los edificios que, como no puede ser de otra forma, se actualizan constantemente. No se trata solo de evaluar un edificio terminado, sino que estos métodos MEES pretenden una visión holística de la sostenibilidad que empiece desde el proyecto y que termine con el fin de la vida útil del edificio. Resulta en este punto interesante hacer referencia a la tesis doctoral de Carmen Díaz (2021), que realizó una investigación exhaustiva de 101 MEESs y que clasificó estos métodos en tres grupos: Sistemas de evaluación de la edificación sostenible, Estándares de edificación sostenible y Herramientas de evaluación.

Los sistemas de evaluación de la edificación sostenible tratan de evaluar, clasificar y certificar los edificios atendiendo a una serie de parámetros o categorías. En estos sistemas se establece, por tanto, una gradación entre las edificaciones. Un ejemplo sería la certificación LEED (Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental, por sus siglas en inglés).
Los estándares de edificación sostenible presentan una exigencia de requisitos mínimos de desempeño y, por tanto, no establece una gradación entre las edificaciones. Sería un catálogo de soluciones constructivas o de buenas prácticas. Tenemos, por ejemplo, el caso del estándar Passivhaus (del alemán, casa pasiva).
Las herramientas de evaluación no evalúan, clasifican o certifican, sino que son un apoyo a otros métodos. Se trata de programas informáticos que simplifican los cálculos. Como ejemplo podemos citar EnergyPlus.

Prioridades de Level(s). https://gbce.es/blog/proyecto/levels/

Pues bien, en este contexto la Comisión Europea lanzó en 2021 un nuevo marco de evaluación voluntario denominado Level(s) que recoge los instrumentos y normas existentes con el objetivo de sensibilidad a las partes interesadas, incrementar el conocimiento, proporcionar un enfoque común, adaptarse al cambio climático y crear un marco de economía circular.

Cada indicador de Level(s) puede utilizarse para distintos tipos de evaluación del comportamiento, desde un nivel de base hasta un análisis del ciclo de vida (ACV) completo. Las prioridades que marcan los indicadores son las siguientes:

Emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del ciclo de vida del edificio.
Ciclos de vida de los materiales que sean circulares y eficientes en cuanto al uso de recursos.
Uso eficiente de los recursos hídricos.
Espacios sanos y confortables.
Adaptación y resiliencia al cambio climático
Coste y valor del ciclo de vida.

El proyecto se divide en 6 macroobjetivos y 16 indicadores distribuidos en tres áreas temáticas según su comportamiento. Además, Level(s) esta estructurado en tres niveles que se comportan de la siguiente manera:

Nivel 1: Nivel simple de tipo diseño conceptual del proyecto de construcción. Evaluación cualitativa para el diseño y la presentación de informes.
Nivel 2: Nivel intermedio de tipo diseño detallado y desempeño de la construcción del edificio. Evaluación cuantitativa del rendimiento diseñado y el seguimiento de la construcción de acuerdo con unidades y métodos estandarizados.
Nivel 3: Nivel avanzado de tipo desempeño tal como fue construido y el uso de cómo se desempeña el edificio después de la finalización y entrega al cliente. Evaluación cuantitativa del rendimiento del diseño y el seguimiento de la construcción de acuerdo con unidades y métodos estandarizados.

Visión general del marco de Level(s). https://itec.es/infoitec/sostenibilidad/levels-el-marco-europeo-para-edificios-sostenibles/

En este vídeo se explica, brevemente, en qué consiste Level(s).

Os paso un vídeo donde se explica la experiencia española sobre la propuesta Level(s). Espero que os sea de interés.

Referencias:

López, C. D., Carpio, M., Martín-morales, M., Díaz López, C., Carpio, M., Martín-morales, M., Zamorano, M. (2019). A comparative analysis of sustainable building assessment methods. Sustainable Cities and Society, 49, 101611. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101611

Díaz-López, C. (2021). Sustainable building assessment methods: adaptation to climate change and implementation strategies. Tesis doctoral, Universidad de Granada.

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

Optimización de la estrategia de desarrollo sostenible en la gestión de proyectos de ingeniería internacionales

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. En este caso se ha desarrollado una aplicación para la optimización de una estrategia sostenible en la gestión de un proyecto de ingeniería internacional. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El objetivo de este artículo es establecer un marco internacional para la gestión sostenible de proyectos en ingeniería, completar la investigación en este campo y proponer una base teórica para el establecimiento de un nuevo sistema de gestión de proyectos. El artículo adopta como método de investigación la revisión de la literatura, un algoritmo de programación matemática y el estudio de casos. La revisión de la literatura analizó los resultados de 21 años de investigación en este campo. Como resultado, se constató que el sistema de gestión de proyectos presenta deficiencias. Se estableció un modelo matemático para analizar la composición y los elementos del sistema optimizado de gestión de proyectos internacionales. La investigación de casos seleccionó grandes puentes para su análisis y verificó la superioridad y viabilidad del sistema teórico propuesto. La aportación de esta nueva investigación radica en el establecimiento de un modelo de sistema de gestión de proyectos internacional completo; en la integración del desarrollo sostenible con la gestión de proyectos; y en la propuesta de nuevos marcos de investigación y modelos de gestión para promover el desarrollo sostenible de la industria de la construcción.

Abstract:

The aim of this paper is to establish an international framework for sustainable project management in engineering, to make up the lack of research in this field, and to propose a scientific theoretical basis for the establishment of a new project management system. The article adopts literature review, mathematical programming algorithm and case study as the research method. The literature review applied the visual clustering research method and analyzed the results of 21-year research in this field. As a result, the project management system was found to have defects and deficiencies. A mathematical model was established to analyze the composition and elements of the optimized international project management system. The case study research selected large bridges for analysis and verified the superiority and practicability of the theoretical system. Thus, the goal of sustainable development of bridges was achieved. The value of this re-search lies in establishing a comprehensive international project management system model; truly integrating sustainable development with project management; providing new research frames and management models to promote the sustainable development of the construction industry.

Keywords:

Bridge; project management; environmental impact; cost; optimization

Reference:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2021). Optimized application of sustainable development strategy in international engineering project management. Mathematics, 9(14):1633. DOI:10.3390/math9141633

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Selección de alternativas sostenibles para el proyecto de viviendas de bajo coste en Brasil

Nos acaban de publicar en la revista Sustainaibility (segundo cuartil en Web of Science) un artículo donde se aplica la toma de decisiones multicriterio y el análisis de ciclo de vida para seleccionar viviendas de bajo coste desde el punto de vista de la sostenibilidad en el contexto de Brasil.

Se trata del fruto del trabajo conjunto desarrollado por el profesor Moacir Kripka, catedrático de estructuras en la Universidade de Passo Fundo, que estuvo de estancia en nuestra universidad recientemente.

Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación DIMALIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

Como se trata de una publicación en abierto, os dejo a continuación el artículo completo para su descarga.

Referencia:

BIANCHI, P.F.; YEPES, V.; VITORIO, P.C., Jr.; KRIPKA, M. (2021). Study of alternatives for the design of sustainable low-income housing in Brazil. Sustainability, 13(9):4757. DOI:10.3390/su13094757

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ESRA, un software educativo para introducir a los estudiantes de ingeniería civil en la programación de proyectos estocástica

https://www.piqsels.com/es/public-domain-photo-sucqz

Las técnicas clásicas de programación son herramientas comúnmente empleadas en las escuelas de ingeniería civil de todo el mundo para la enseñanza de la planificación y gestión de proyectos. Técnicas como el método del camino crítico (CPM), el método del diagrama de precedencias (PDM), el diagrama de Gantt o la técnica de evaluación y revisión de programas (PERT) presentan la ventaja de su sencillez, facilidad de comprensión y que se implementan en los programas informáticos de gestión de proyectos más aceptados, como Ms Project o Primavera P6. Sin embargo, estas técnicas de programación presentan importantes limitaciones a la hora de tratar la incertidumbre inherente a la gestión de proyectos de construcción. Por un lado, el enfoque determinista del CPM para el aprendizaje de la planificación del proyecto reduce la sensibilidad y la comprensión de los factores que alteran y desafían significativamente el éxito de un proyecto, y por otro lado, el CPM no es capaz de gestionar la incertidumbre. y desafían el éxito de un proyecto, mientras que, por otro lado, el PERT muestra unas capacidades demasiado limitadas en modelización de la incertidumbre y subestima la desviación estándar de la duración del proyecto.

El Análisis de Riesgo de Programación (SRA) es un método estocástico idóneo para promover que los estudiantes empiecen a gestionar proyectos de forma más eficaz y eficiente. En este trabajo, empleamos un software educativo de SRA (ESRA) para ayudar a los estudiantes a entender el supuesto subyacente de la programación estocástica, así como para hacer explícitas las ventajas de la programación estocástica en comparación con los métodos clásicos como CPM o PERT. ESRA permite modelar tanto la incertidumbre en la duración de las actividades, como la relación entre estas incertidumbres, ampliando la gama de problemas de planificación, que los estudiantes pueden ahora evaluar. Esta investigación se llevó a cabo en cuatro etapas a través de un taller. En primer lugar, se introdujeron los fundamentos teóricos de la simulación de Montecarlo, el método en el que se basan la mayoría de los métodos de evaluación de la incertidumbre. En segundo lugar, los estudiantes emplearon el ESRA para ver cómo funciona este método. En tercer lugar, los alumnos trabajaron en torno a un caso práctico de gestión de proyectos de construcción y analizaron los resultados, comparando los de la evaluación estocástica con los de la evaluación determinista. Por último, se les pidió que respondieran a un cuestionario en el que debían abordar la toma de decisiones en el mundo real en relación con la programación de proyectos que requería tener en cuenta las incertidumbres del proyecto.

Referencia:

SALAS, J.; SIERRA, L.; YEPES, V. (2021). ESRA, an educational software for introducing stochastic scheduling to civil engineering students. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 5788-5798, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0

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“The asset time bomb”: La bomba de relojería de las infraestructuras, y en particular, de los puentes

Figura 1. Colapso del puente I-35W en Minneapolis. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

Una noticia aparecida el 9 de diciembre de 2018 en El País con el siguiente titular “Fomento admite que hay 66 puentes con graves problemas de seguridad” abrió cierta inquietud en la opinión pública sobre la seguridad de nuestros puentes. Esta inquietud irrumpió en agosto de ese mismo año con el derrumbe de un puente en Génova (Italia). Pero los ejemplos no quedan aquí. Podríamos hablar de la sustitución de los cables del puente Fernando Reig, en Alcoy, o del Puente del Centenario, en Sevilla. O del derribo del puente Joaquín Costa, en Madrid. Ejemplos tenemos en todo el mundo. En cualquier caso, estamos hablando de cifras millonarias, de cortes de tráfico, pérdidas humanas, por poner algunas consecuencias sobre la mesa.

Los puentes son componentes críticos de las infraestructuras, pues su correcto funcionamiento es básico para la resiliencia de nuestros entornos urbanos. Sin embargo, un gran número de infraestructuras que están llegando al final de su vida útil al mismo tiempo. De hecho, la vida útil de muchos puentes se espera que sea menor a la proyectada debido al continuo deterioro provocado por el incremento del tráfico y de los impactos ambientales. Esto constituye una auténtica bomba de relojería (Thurlby, 2013), que junto al reto de la reducción de los impactos ambientales, son razones más que suficientes para preocuparnos de mejorar el mantenimiento de nuestros puentes. De hecho, ya hemos comentado en un artículo anterior un concepto totalmente relacionado con éste: la “crisis de las infraestructuras“. Yo me atrevería a afirmar algo que puede parecer muy duro: el derrumbe de nuestra civilización será paralelo al de las infraestructuras que les da soporte.

Hoy día los gestores de las infraestructuras tienen ante sí un reto importante consistente en mantenerlas en un estado aceptable con presupuestos muy limitados. De hecho, la inspección de los puentes, su mantenimiento y reparación constituyen tareas rutinarias necesarias para mantener dichas infraestructuras en buenas condiciones (Tong et al., 2019). Sin embargo, el problema pasa a ser grave cuando una parte significativa del parque de infraestructuras se encuentra cercano al final de su vida útil. Y lo que aún es peor, cuando existen riesgos de alto impacto y de baja probabilidad que pueden afectar gravemente a las infraestructuras. Resolver este problema es complicado, pues no se presta fácilmente a la exploración con los instrumentos analíticos y de previsión tradicionales.

El estado o deterioro de una infraestructura sigue un comportamiento similar, pero invertido, de la llamada “curva de la bañera“, que es una gráfica que representa los fallos durante el periodo de vida útil de un sistema o de una máquina. En este caso, según vemos en la Figura 2, el estado de condición o las prestaciones de la infraestructura permanece alto durante un periodo de tiempo hasta que empieza a decaer. Para los gestores es necesario conocer el comportamiento de las infraestructuras para tomar decisiones. Sin embargo, muchas veces desconocen en qué posición de la curva se encuentran y, lo que es peor, a qué ritmo se va a deteriorar. Por ejemplo, en la Figura 2 podemos ver que la caída en las prestaciones de A a B, o de B a C son similares, pero la velocidad de deterioro es muy diferente. Y lo que es peor de todo, llega un momento que la caída en las prestaciones ocurre de forma muy acelerada, sin capacidad de reacción por parte de los gestores. Por eso se ha utilizado el símil de la “bomba de relojería”.

Figura 2. Estado o prestaciones de una infraestructura (Thurlby, 2013)

La gestión y el mantenimiento de los puentes está empezando a ser un problema de una magnitud que está empezando a ser más que preocupante. Algunos datos son un ejemplo de ello: en el año 2019, 47000 puentes de los puentes en Estados Unidos, (más del 20% del total) presentan deficiencias estructurales (American Road & Transportation Builders Association, 2019); en Reino Unido, más de 3000 puentes estaban por debajo de los estándares y requerían reparación (RAC Foundation, 2019). Estos son buenos argumentos para aumentar la vida útil de los puentes.

Una de las tecnologías para mejorar la gestión y el mantenimiento de los puentes es la vigilancia de su estado estructural (structural health monitoring, SHM), que trata de mejorar el comportamiento de la estructura mediante el aprendizaje de los datos obtenidos durante su vida útil mediante su monitorización (Figura 3). Estos datos sirven para actualizar los modelos y comprobar el estado en que se encuentra la estructura, lo cual permite minimizar la incertidumbre de los parámetros empleados en los modelos. Sin embargo, aún no se ha resuelto completamente el paso de la obtención de los datos del puente en tiempo real a la toma de decisiones en la gestión y mantenimiento de los puentes.

Figura 3. Structural health monitoring. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

En un artículo anterior se explicó el concepto de gemelos digitales (digital twins). Estos modelos actualizados constantemente mediante la monitorización del puente, permitirían conocer en tiempo real el estado estructural del puente y también predecir su comportamiento en el caso de que ocurrieran determinadas circunstancias. Esta información sería clave a la hora de tomar decisiones en la gestión y el mantenimiento del puente.

Las preguntas clave que deberíamos responder serían las siguientes: ¿Es el puente seguro?, ¿cuánto tiempo será el puente seguro?, ¿cuál es el comportamiento estructural actual del puente?, ¿cuándo y cómo deberemos intervenir en el puente?

La respuesta a estas preguntas no es tan evidente como pudiera parecer a simple vista. Los gestores de las infraestructuras deberían ser capaces de entender y valorar en su justa medida los resultados estructurales de los modelos cuyos datos se actualizan en tiempo real. La dificultad estriba en conocer no solo los datos, sino las causas subyacentes a los cambios en el comportamiento estructural. Una ayuda son las técnicas procedentes de la inteligencia artificial, como el aprendizaje profundo, que permiten interpretar ingentes cantidades de datos e identificar patrones y correlaciones entre dichos datos. En un artículo anterior hablamos de este tema. Por otra parte, la actualización de los datos procedentes de la vigilancia de los puentes debería ser automática y en tiempo real. Aquí vuelve a cobrar importancia la inteligencia artificial, aunque nunca debería suplantar el conocimiento ingenieril que permite interpretar los resultados proporcionados por los algoritmos.

Por otra parte, la modelización del riesgo y la resiliencia es una labor necesaria para entender la vulnerabilidad de las infraestructuras. De esta forma seríamos capaces de desarrollar estrategias de mitigación, que podrían ser complementarias a las estrategias de gestión del deterioro que se han explicado anteriormente.

Por tanto, existe un auténtico salto entre la investigación dedicada a la monitorización en tiempo real de los puentes y la toma de decisiones para su gestión y mantenimiento. Los gemelos digitales apoyados en los actuales desarrollos tecnológicos como el “Internet de las cosas“, deberían permitir el paso de la investigación y el desarrollo a la innovación directamente aplicable a la realidad de la gestión de las infraestructuras.

Referencias:

AMERICAN ROAD & TRANSPORTATION BUILDERS ASSOCIATION (2019). 2019 Bridge Report. https://artbabridgereport.org/

RAC Foundation. (2019). Bridge maintenance table – GB local authorities. https://www.racfoundation.org/media-centre/bridge-maintenance-backlog-grows

THURLBY, R. (2013). Managing the asset time bomb: a system dynamics approach. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Forensic Engineering, 166(3):134-142.

TONG, X.; YANG, H.; WANG, L.; MIAO, Y. (2019). The development and field evaluation of an IoT system of low-power vibration for bridge health monitoring, Sensors 19(5):1222.

YEPES, V. (2020). Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación. https://victoryepes.blogs.upv.es/2019/10/30/computacion-cuantica-gemelos-digitales/

YEPES, V. (2020). La inteligencia artificial en la ingeniería civil. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/08/la-inteligencia-artificial-en-la-ingenieria-civil/

YEPES, V. (2020). El aprendizaje profundo (deep learning) en la optimización de estructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/15/el-aprendizaje-profundo-deep-learning-en-la-optimizacion-de-estructuras/

YEPES, V. (2020). La resiliencia de las infraestructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/17/la-resiliencia-de-las-infraestructuras/

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Propuesta de indicadores de sostenibilidad para el proyecto de puentes de pequeña luz

Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Environmental Research and Public Health (revista indexada en el JCR) sobre la propuesta de indicadores de sostenibilidad para el proyecto de puentes de pequeña luz.

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

También es fruto de la colaboración con el profesor Moacir Kripka, de la Universidad de Passo Fundo, de Brasil.

En este trabajo se presenta la aplicación de técnicas que analizan la sostenibilidad en el ciclo de vida de las superestructuras de puentes de pequeña luz. El objetivo es obtener indicadores ambientales y económicos para su integración en el proceso de adopción de decisiones a fin de minimizar el impacto ambiental, reducir el consumo de recursos y los costos del ciclo de vida. Se analizaron 27 configuraciones de puentes de pequeñas luces (6 a 20 m) de los siguientes tipos: puentes mixtos de acero y hormigón, puentes de hormigón armado in situ, puentes prefabricados y puentes de hormigón pretensado, que comprenden un total de 405 estructuras. Los impactos ambientales y los costos se cuantificaron mediante la evaluación ambiental del ciclo de vida y el análisis del costo del ciclo de vida siguiendo los límites de los sistemas desde la extracción de los materiales hasta el final de la vida del puente (“de la cuna a la tumba”). En general, los resultados indicaron que el rendimiento ambiental de los puentes estaba vinculado significativamente a la selección de los materiales y la configuración de los puentes. Además, el estudio permitió identificar los productos y procesos de mayor impacto a fin de subvencionar el diseño de estructuras y políticas gubernamentales más sostenibles.

Abstract:

The application of techniques to analyze sustainability in the life cycle of small-span bridge superstructures is presented in this work. The objective was to obtain environmental and economic indicators for integration into the decision-making process to minimize the environmental impact, reduce resource consumption and minimize life cycle costs. Twenty-seven configurations of small-span bridges (6 to 20 m) of the following types were analyzed: steel–concrete composite bridges, cast in situ reinforced concrete bridges, precast bridges and prestressed concrete bridges, comprising a total of 405 structures. Environmental impacts and costs were quantified via life cycle environmental assessment and life cycle cost analysis following the boundaries of systems from the extraction of materials to the end of bridge life (“from cradle to grave”). In general, the results indicated that the environmental performance of the bridges was significantly linked to the material selection and bridge configuration. In addition, the study enabled the identification of the products and processes with the greatest impact in order to subsidize the design of more sustainable structures and government policies.

Keywords:

bridges; sustainability; design; life cycle assessment

Reference:

MILANI, C.J.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2020). Proposal of sustainability indicators for the design of small-span bridges. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(12):4488. DOI:10.3390/ijerph17124488

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Sostenibilidad y resiliencia de las infraestructuras a través de la planificación multinivel

Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Environmental Research and Public Health (revista indexada en el JCR) sobre la aplicación de la planificación multinivel como herramienta para mejorar la sostenibilidad y la resiliencia de las infraestructuras. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Se aplica una metodología novedosa de control jerárquico con múltiples objetivos para abordar la vulnerabilidad urbana, la mejora del estado de la red de carreteras y la minimización del costo económico como objetivos en un proceso de planificación resistente en el que tanto las acciones como su ejecución se planifican para un desarrollo controlado y sostenible. Basándose en el Sistema de Apoyo al Planeamiento Urbano, una herramienta de planificación desarrollada previamente, el sistema mejorado de apoyo al planeamiento ofrece una alternativa de planificación en la red de carreteras española, con el mejor equilibrio multiobjetivo entre optimización, riesgo y oportunidad. El proceso de planificación formaliza entonces la capacidad de adaptación local como la capacidad de variar la alternativa de planificación seleccionada dentro de ciertos límites, y el control del riesgo global como las obligaciones que deben cumplirse a cambio. Por último, mediante la optimización multiobjetivo, el método revela los equilibrios multiobjetivo entre la oportunidad local, el riesgo global y los derechos y deberes a escala local, proporcionando así una comprensión más profunda para una toma de decisiones mejor informada.

El artículo se ha publicado en una revista de alto impacto internacional, Q1 de la WOS, Impact Factor = 2,468 (2018), en acceso abierto, que se puede descargar desde la siguiente dirección: https://www.mdpi.com/1660-4601/17/3/962

Abstract

Resilient planning demands not only resilient actions, but also resilient implementation, which promotes adaptive capacity for the attainment of the planned objectives. This requires, in the case of multi-level infrastructure systems, the simultaneous pursuit of bottom-up infrastructure planning for the promotion of adaptive capacity, and of top-down approaches for the achievement of global objectives and the reduction of structural vulnerabilities and imbalances. Though several authors have pointed out the need to balance bottom-up flexibility with top-down hierarchical control for better plan implementation, very few methods have yet been developed with this aim, least of all with a multi-objective perspective. This work addressed this lack by including, for the first time, the mitigation of urban vulnerability, the improvement of road network condition, and the minimization of the economic cost as objectives in a resilient planning process in which both actions and their implementation are planned for a controlled, sustainable development. Building on Urban planning support system (UPSS), a previously developed planning tool, the improved planning support system affords a planning alternative over the Spanish road network, with the best multi-objective balance between optimization, risk, and opportunity. The planning process then formalizes local adaptive capacity as the capacity to vary the selected planning alternative within certain limits, and global risk control as the duties that should be achieved in exchange. Finally, by means of multi-objective optimization, the method reveals the multi-objective trade-offs between local opportunity, global risk, and rights and duties at local scale, thus providing deeper understanding for better informed decision-making.

Keywords:

Multi-scale assessment; hierarchical relational modeling; cascading impacts; adaptive capacity; infrastructure integrated planning; road network; decentralization optimization

Referencia:

SALAS, J.; YEPES, V. (2020). Enhancing sustainability and resilience through multi-level infrastructure planning. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17:962; DOI:10.3390/ijerph17030962

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