Durante los días 5-8 de julio de 2022, en Terrasa (España), se celebró el 26th International Congress on Project Management and EngineeringAEIPRO 2022. Fue una buena oportunidad para debatir y conocer propuestas sobre dirección e ingeniería de proyectos. Nuestro grupo de investigación, en el marco del proyecto HYDELIFE, presentó varias comunicaciones.
A continuación, os paso una relacionada con el estudio de soluciones para el proyecto de una pasarela basado en un proceso analítico jerárquico (AHP).
Andaba estudiando el 4.º curso de la carrera de ingenieros de caminos, canales y puertos de Valencia, cuando, en la asignatura de Procedimientos Generales de Construcción y Organización de Obras, el profesor Hermelando Corbí nos explicaba problemas de cables. Uno de dichos problemas lo he rescatado de mis viejos apuntes. Trata de un jeep que debe pasar por un puente militar de cable. ¡Quién sabe cómo puede viajar un jeep por un solo cable! Pero bueno, el problema era el que era y había que resolverlo.
Según los planes de estudio actuales, los problemas de cables no se estudian en esta asignatura. Se reserva solo su estudio cualitativo, dejando a otras asignaturas de cálculo de estructuras este tema tan interesante.
El problema que os presento, resuelto a continuación, utiliza varias fórmulas dimensionales y aproximaciones que estudiábamos en aquel momento. Podéis ver cómo el problema sigue resuelto en unidades distintas de las que empleamos ahora. Pero sirve para ver cómo ha cambiado la forma de plantear y de resolver los problemas. Las expresiones usadas en el problema provienen del desarrollo teórico de las ecuaciones de equilibrio de un elemento de cable, de la ecuación fundamental de la estática de cables, de la rectificación del arco y de la fórmula de Stevenin.
Espero que este problema resuelto le traiga recuerdos a más de un compañero de promoción. Si encontráis alguna errata, por favor, me lo indicáis. Por cierto, si tenéis alguna fotografía de un jeep paseando por un puente militar de un solo cable, me la mandáis.
Con motivo de la celebración del XXXIX Congreso Sudamericano de Ingeniería Estructural JSAEE 2022, fui invitado a impartir una conferencia titulada «Diseño y mantenimiento sostenible de estructuras y puentes considerando su ciclo de vida«. En esta conferencia explico lo que nuestro grupo de investigación está realizando en proyectos como DIMALIFE y HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Espero que os sea de interés.
La conferencia del profesor Víctor Yepes aborda la integración de la sostenibilidad en el diseño y el mantenimiento de estructuras y puentes, enfatizando la necesidad de considerar todo el ciclo de vida. Yepes, catedrático de Ingeniería de la Construcción en la Universitat Politècnica de València, argumenta que se requiere un cambio de paradigma respecto a las prácticas tradicionales. Destaca la importancia económica, social y ambiental del sector de la construcción y presenta la optimización, especialmente mediante la Inteligencia Artificial (IA) y las metaheurísticas, como una herramienta clave para lograr diseños más eficientes y sostenibles. Explora la complejidad de la optimización combinatoria en ingeniería estructural y las limitaciones de los métodos de resolución exactos. Presenta la optimización multiobjetivo y la frontera de Pareto como herramientas para evaluar soluciones que consideran múltiples criterios (coste, sostenibilidad, fiabilidad, etc.). Introduce el concepto de metamodelos y de Smart Data como alternativas para optimizar con menos datos y recursos computacionales. Finalmente, enfatiza la necesidad de integrar el análisis del ciclo de vida y la toma de decisiones multicriterio para una gestión sostenible de los activos, señalando los desafíos de la evaluación social y de la variabilidad.
Glosario de términos clave:
Sostenibilidad: En el contexto de la ingeniería, se refiere a la capacidad de diseñar, construir y mantener estructuras de manera que se satisfagan las necesidades actuales sin comprometer la capacidad de las futuras generaciones para satisfacer sus propias necesidades, considerando las dimensiones económicas, sociales y ambientales.
Ciclo de Vida (Life Cycle): El período completo desde la concepción de una estructura hasta su demolición y disposición final, incluyendo el diseño, la construcción, el uso, el mantenimiento, la reparación y el fin de vida útil.
Optimización: Proceso de encontrar la mejor solución posible a un problema, generalmente minimizando o maximizando una función objetivo (como coste, emisiones, etc.) sujeta a un conjunto de restricciones (como requisitos estructurales o geométricos).
Inteligencia Artificial (IA): Sistemas informáticos diseñados para realizar tareas que normalmente requieren inteligencia humana, como aprendizaje, resolución de problemas y toma de decisiones.
Metaheurística: Algoritmo o técnica que guía un proceso de búsqueda para encontrar soluciones aproximadamente óptimas a problemas complejos, a menudo inspirados en procesos naturales o biológicos (p. ej., algoritmos genéticos).
Optimización Combinatoria: Tipo de optimización en la que las variables de decisión son discretas (adquieren valores de un conjunto finito), lo que a menudo da lugar a un gran número de posibles soluciones.
Función Objetivo: La medida de rendimiento o criterio que se busca optimizar en un problema de optimización (p. ej., minimizar el coste, maximizar la durabilidad).
Restricciones: Condiciones o limitaciones que deben cumplirse en un problema de optimización (ej: límites de deformación, resistencia mínima).
Frontera de Pareto: En optimización multiobjetivo, es el conjunto de soluciones óptimas no dominadas, en el que no es posible mejorar un objetivo sin empeorar al menos otro.
Metamodelo (o Modelo Subrogado): Un modelo simplificado (a menudo, una función matemática o un modelo de aprendizaje automático) que aproxima la relación entre las variables de entrada y de salida de un modelo más complejo, utilizado para acelerar la optimización o el análisis.
Smart Data: En contraste con Big Data, se refiere a la extracción de información útil y de patrones a partir de conjuntos de datos más pequeños o selectivos, a menudo mediante técnicas estadísticas o de modelado avanzado (como Kriging).
Análisis del Ciclo de Vida (ACV o LCA): Metodología para evaluar los impactos ambientales, sociales y económicos asociados a todas las etapas del ciclo de vida de un producto o servicio.
Toma de Decisión Multicriterio (MCDM): Conjunto de técnicas para evaluar y seleccionar entre alternativas que involucran múltiples criterios de evaluación, a menudo contrapuestos.
Gestión de Activos: En el contexto de infraestructuras, es el enfoque sistemático y estratégico para gestionar el ciclo de vida completo de los activos (como puentes o carreteras) con el objetivo de optimizar su rendimiento, coste y riesgo.
Fiabilidad: La probabilidad de que una estructura cumpla con sus requisitos de rendimiento bajo condiciones específicas durante un período de tiempo determinado.
Gemelo Digital (Digital Twin): Una representación virtual de una estructura o sistema físico que se actualiza con datos en tiempo real de sensores, permitiendo monitorización, análisis y predicción de su comportamiento a lo largo del tiempo.
Nos acaban de publicar en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer cuartil del JCR) un artículo sobre la optimización ambiental de grandes puentes mediante el acoplamiento de múltiples restricciones. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Para minimizar el impacto ambiental de los puentes, es fundamental explorar su diseño con mayor profundidad. Los ingenieros actualmente suelen priorizar los aspectos financieros y buscan maximizar los beneficios económicos. Por esta razón, este estudio comienza por establecer un modelo teórico de la robustez del puente ante cargas estáticas y dinámicas. Para lograr esto, se aplica un modelo de elementos finitos en tres dimensiones, un algoritmo de optimización basado en inteligencia de enjambre y un modelo matemático de aproximación por interpolación cuadrática. Tras analizar el modelo de puente con una topología óptima, se determina el tamaño ideal de la estructura. Como resultado, las emisiones de carbono se redujeron en 2.242,92 toneladas, lo que equivale al 25% de las emisiones totales. Estos resultados son significativos y deben ser un recordatorio para inversores y gobiernos de la importancia de fomentar la construcción y el desarrollo sostenible de la industria. Es necesario avanzar hacia el objetivo de cero emisiones de carbono en la industria de la construcción lo antes posible.
Abstract:
To reduce the environmental pollution from bridges, researchers need to conduct more in-depth research and design the structures. Today’s architectural, structural, and mechanical engineers pay more attention to funders’ requirements and pursue the maximization of economic benefits. The research begins with establishing a theoretical model of the bridge’s robustness under dead and dynamic loads: applying a Three-Dimensional (3D) solid finite element model, swarm intelligence optimization algorithm, and mathematical model of quadratic interpolation approximation solves the problems of multiple loads, discrete data, and convergence. Based on the establishment and analysis of the research model, the optimal topology bridge model is analysed, and the optimal structural size is obtained. The carbon emissions from the bridge optimization decreased by 2242.92 t, accounting for 25% of the total emissions. This data is shocking and also gives investors and governments a painful reminder that they must pay closer attention to the sustainable development of the construction industry and achieve the goal of zero carbon emissions in the industry as soon as possible.
Keywords:
Construction industry; Structure model; Topology optimization; Load; Sustainable; Design
Reference:
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Research on the optimized environment of large bridges based on multi-constraint coupling.Environmental Impact Assessment Review, 97:106914. DOI:10.1016/j.eiar.2022.106914
Durante los días 11 a 12 de julio de 2022 tuvo lugar la International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI/SUSI 2022. La reunión permitió el intercambio de ideas y la interacción entre investigadores, diseñadores y académicos de la comunidad para compartir avances en campos científicos relacionados con los temas de la conferencia. Todas las ponencias de la conferencia se archivan en la biblioteca electrónica del Instituto Wessex (www.witpress.com/elibrary), donde están disponibles de forma fácil y permanente en formato de acceso abierto para la comunidad internacional.
En este congreso, nuestro grupo de investigación presentó un trabajo sobre la aplicación del Proceso Analítico en Red (ANP) para evaluar la sostenibilidad de puentes en ambientes marinos. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Os dejo la comunicación completa (está en abierto) por si os resulta de interés.
Durante los días 12 a 14 de septiembre de 2022, tuvo lugar en Las Palmas de Gran Canaria el Congreso de Métodos Numéricos en Ingeniería (CMN 2022). El objetivo de este congreso es actuar como un foro en el que se recopilen los trabajos científicos y técnicos más relevantes en el área de los métodos numéricos y de la mecánica computacional, así como sus aplicaciones prácticas. CMN 2022 está organizado conjuntamente por las sociedades de métodos numéricos española (SEMNI), portuguesa (APMTAC) y por el Instituto Universitario de Sistemas Inteligentes y Aplicaciones Numéricas en Ingeniería (SIANI) de la Universidad de Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC).
Dentro de este congreso tuve la oportunidad de actuar como presidente, junto con el profesor David Greiner, de la sesión paralela titulada «Optimization, metaheuristics and evolutionary algorithms in civil engineering«. Además, nuestro grupo de investigación presentó un trabajo sobre la optimización de puentes mediante metamodelos de Kriging. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Os dejo la comunicación en español por si os interesa.
Referencia:
YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Sustainable optimization of post-tensioned cast-in-place concrete slab road bridges using metamodels. Congress on Numerical Methods in Engineering CMN2022, 12-14 September 2022, Las Palmas de Gran Canaria, Spain, pp. 166-185. ISBN: 978-84-123222-9-3
Figura 1. Vista del río Vidourle, en Sommières (Francia). Imagen: V. Yepes (2022)
El conocido como «Puente de Tiberio», es un famoso puente sobre el Río Vidourle cuya construcción se atribuye tradicionalmente al emperador Tiberio (19 a 31 d.C.). Sin embargo, según un reciente estudio, su construcción es anterior y data de la época de Augusto (entre el siglo I a.C. y el siglo I d.C.).
Este puente permitía el paso de una vía romana secundaria que unía Nîmes con Vieille-Toulouse. Con sus 189 m de longitud y 21 arcos, de los cuales solo se conservan 7. De hecho, al principio del siglo X, la población empezó a construir sobre el puente. La particularidad de esta estructura es que, en la Edad Media, fue absorbida por la ciudad, que se desarrolló por debajo del castillo, en el lecho del río, e invadió así el puente. A partir de los siglos XII y XIII, la ciudad se desarrolló gracias a su posición y a los privilegios que le concedió el rey. Se convirtió en una importante ciudad comercial y se expandió en el lecho del río. Para ello, se taparon seis arcos del puente y se construyeron casas sobre ellos. Los arcos originales ahora están ocultos en los sótanos de los edificios situados a ambos lados del puente. Pero si baja a la Place du Marché, toma la Rue de la Grave y mira hacia arriba, descubrirá las grandes piedras romanas que datan de la construcción del puente. La parte visible de esta estructura ya no tiene nada que ver con el puente original porque ha sufrido numerosas restauraciones desde el siglo XV, como atestiguan varios documentos. También se realizaron obras en los siglos XVII y, sobre todo, XVIII.
Figura 2. Vista del río Vidourle, en Sommières (Francia). Imagen: V. Yepes (2022)
Este puente se puede ver en Sommières, un pueblo francés situado en la región de Languedoc-Rosellón, en el departamento de Gard, en el distrito de Nîmes. Desde la antigüedad, el pueblo se encuentra en el cruce de importantes vías de comunicación: el eje norte-sur de la Vidourle y el eje este-oeste de la calzada romana que unía Nîmes con la Vieille Toulouse. Esta posición privilegiada, así como la proximidad de Nîmes (Némausus), permitió el desarrollo de la ciudad a partir de entonces, con una ciudad relevante en Villevieille, pero sobre todo en la Edad Media bajo la protección del castillo.
Hoy en día, Sommières es la única ciudad del departamento de Gard que cuenta con una obra única en Europa: el puente romano es uno de los raros edificios de esta época que se conservan íntegros, utilizados en la actualidad y habitados desde la Edad Media. Es uno de los puentes habitados más únicos de Europa, junto al famoso Ponte Vecchio de Italia…
Figura 3. Placa explicativa del puente. Imagen: V. Yepes (2022)
Acaban de publicarnos un artículo en Sustainability, revista indexada en el segundo cuartil del JCR. Se trata de aplicar la técnica de toma de decisiones en red ANP para evaluar la sostenibilidad del ciclo de vida de los puentes de hormigón en las regiones costeras. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Desde que se establecieron los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015, la evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras ha estado en el punto de mira de la comunidad científica. Esto se debe a que el sector de la construcción es esencial para promover el bienestar social y el desarrollo económico de los países, pero también es uno de los principales generadores de estrés ambiental. Sin embargo, la evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida sigue siendo un reto importante, pues los criterios que intervienen en el diseño sostenible suelen ser complejos y contradictorios. El Proceso Analítico en Red (ANP) es una poderosa herramienta de toma de decisiones para modelar tales problemas. En este caso, se evalúa la sostenibilidad del ciclo de vida de diferentes alternativas de puentes de hormigón en un ambiente costero mediante el ANP. Los resultados obtenidos se comparan con los del Proceso Analítico Jerárquico (AHP) convencional. Los resultados obtenidos mediante ANP son más fiables que los del AHP en términos de consistencia de los expertos y de número de comparaciones realizadas.
Abstract:
Since the establishment of the Sustainable Development Goals in 2015, the assessment of the sustainability performance of existing and future infrastructure has been in the spotlight of the scientific community. This is because the construction sector is essential for promoting social welfare and economic development, but is also one of the main environmental stressors to date. However, assessing infrastructure sustainability throughout its life cycle remains a significant challenge, as the criteria involved in sustainable design are often complex and conflicting. The Analytic Network Process (ANP) is recognized as a powerful decision-making tool to model such problems. Here, the life cycle sustainability performance of different design alternatives for a concrete bridge near the shore is evaluated using ANP. The obtained results are compared with those obtained using the conventional Analytical Hierarchy Process (AHP). The results obtained using ANP are more reliable than those derived from the conventional AHP in terms of the expert’s consistency and the number of comparisons made.
Keywords:
Sustainability; Analytic Network Process; bridge design; life cycle assessment; TOPSIS; multi-criteria decision making
En todos los problemas estructurales existe una variabilidad o incertidumbre asociada. En el diseño de estructuras hay parámetros de diseño como las dimensiones de la estructura, las características mecánicas de los materiales o las cargas de diseño que pueden tener variaciones respecto al valor de diseño. Lo mismo ocurre a la hora de valorar una función objetivo asociada la estructura. Por un lado, a la hora de diseñar una estructura, el valor nominal utilizado es aquel que tiene una baja probabilidad de ocurrir (por ejemplo, la resistencia característica del hormigón es aquella que tiene una probabilidad del 5% de fallo). Además, se asignan coeficientes de seguridad asociados a una probabilidad de fallo determinada. Por otro lado, a la hora de valorar una función objetivo, como el coste o algún impacto medioambiental, el valor unitario de esta función suele ser la media. Dado este enfoque, la optimización estructural se convierte en una optimización determinista que desprecia los efectos de la incertidumbre asociada. Esto significa que la estructura tiene un comportamiento óptimo solo bajo las condiciones definidas inicialmente, pudiendo la respuesta variar significativamente cuando los valores se alejan de los valores de diseño.
A continuación os dejo una comunicación que presentamos en el 5th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, que se celebró del 23 al 25 de octubre de 2019 en Alicante (España). Se trata de la optimización de un puente de sección en cajón de hormigón postesado utilizando un metamodelo tipo Krigring.
Abstract:
All the structural problems have an associated variability or uncertainty. In the design of structures, there are parameters such as the dimensions of the structure, the mechanical characteristics of the materials, or the loads that can have variations concerning the design value. The goal of robust design optimization is to obtain the optimum design and be less sensitive to variations of these uncertain initial parameters. The main limitation of the robust design optimization is the high computational cost required due to the high number of optimizations that must be made to assess the sensitivity of the objective response of the problem. For this reason, the kriging model is applied to carry out the optimization process more efficiently. This work will apply robust design optimization to a continuous pedestrian bridge of prestressed concrete and box sections.
YEPES, V.; PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2019). Aplicación de optimización Kriging para la búsqueda de estructuras óptimas robustas. 5th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2019, 23-25 oct 2019, Alicante, Spain, pp. 81-94. ISBN: 978–84–17924–58–4
El Puente del Mar, único de los históricos que quedó fuera del frente amurallado, ha sido clave en la estructura viaria de la ciudad de Valencia, pues salvaguardó la comunicación comercial con el puerto del Grao y con el Cabañal durante mucho tiempo. Por este paso urbano circulaban cotidianamente las mercancías y vituallas que llegaban al puerto y aquellas otras destinadas a la exportación. Hasta la construcción de los puentes de Aragón y del Ángel Custodio, este fue el único paso hacia el mar. Como describe Carreres (referido por Garín, 1983:90-91), “La Ciutatsempre mirá amb especial predilecció aquest pont per esser el mes necesari per a la seua comunicación amb la mar, així es que quan alguna avinguda del riu l’enderrocava, tot seguit se’l va reparar, fins que a la fí es decidí a bastir-lo de pedra, proposantse fera prop de l’hort del convent del Remei i decidint-se posteriorment a que fóra emplaçat al costat dels fonaments de l’anterior”. Esta importancia estratégica implicó un esfuerzo constante de la ciudad por conservar y reconstruir el puente a lo largo de los años, expuesto a las sucesivas avenidas del Turia. Esta preocupación por garantizar la seguridad y rapidez de la comunicación al mar quedó patente en 1400, cuando el Consell dispuso la reparación del camino de la Mar y dos años más tarde, el arreglo de este acceso junto con los “pequeños puentes” (Cárcel, 1992). La riada de octubre de 1589 fue la que llevó a la Fàbrica Nova a promover la actual obra de fábrica, cuya construcción finalizó el año 1596.
Os dejo a continuación el artículo completo.
Referencia:
YEPES, V. (2010). El Puente del Mar sobre el viejo cauce del Río Turia en Valencia. Una aproximación histórica, estética y constructiva. Universitat Politècnica de València, 22 pp. DOI:10.13140/RG.2.2.20353.53609
Durante los días 5-8 de julio de 2022, en Terrasa (España), se celebró el 26th International Congress on Project Management and Engineering AEIPRO 2022. Fue una buena oportunidad para debatir y conocer propuestas sobre dirección e ingeniería de proyectos. Nuestro grupo de investigación, en el marco del proyecto HYDELIFE, presentó varias comunicaciones.
