Figura 1. Un esquema de un cajón abierto ideado por Triger (1846). https://es.wikipedia.org/wiki/Jacques_Triger
Tal día como hoy, 11 de marzo, nació el geólogo francés Jacques Triger (1801-1867), inventor del «procedimiento Triger» para ejecutar excavaciones bajo nivel freático. Se trata de realizar la excavación en el interior de una cámara o cajón abierta en su parte inferior a la que se bombea aire comprimido para evitar la entrada de agua (Figura 1).
Se empezó a emplear en las minas de carbón en 1839 (minas de Chalonnes-sur-Loire). Estas minas estaban situadas bajo el lecho del río Loira, y para llegar a la roca había que cortar 20 m de aluvión anegado de agua. En este caso, se inyectaba el aire a presión mediante una bomba de vapor.
En la Figura 2 se puede ver con mayor detalle cuál era el procedimiento constructivo ideado por Triger. Sobre la sección inferior presurizada y sellada por el terreno (B), había otra sección, (A), con esclusas arriba y abajo (M y N), con dos válvulas y un grifo. Una de las válvulas suministraba el aire comprimido a la caja y la otra lo llevaba al tubo. La válvula posibilitaba reponer el equilibrio de presión, entre la caja y las secciones contiguas. El agua se evacuaba por un tubo desde el fondo al exterior impulsado por la presión el aire, sin necesidad de bombas (S). Los descensos del tubo ocurrían al bajar la presión de la cámara.
Figura 2. Procedimiento de Jacques Triger en el pozo de Chalonne. https://jluisgsa.blogspot.com/2020/03/la-cara-oculta-de-los-puentes-con-pilas.html
Su invento fue ampliamente utilizado en la ingeniería de la construcción, especialmente para hundir los cimientos de los pilares de los puentes en los lechos de los ríos. Esta tecnología se utilizó por primera vez en Italia en la década de 1850 bajo la supervisión de empresas de construcción británicas y francesas. También se utilizó el procedimiento en obras emblemáticas como en la cimentación del puente de Brooklyn o en el puente del Firth of Forth en Escocia o en la cimentación de dos de los cuatro pilares de la Torre Eiffel (Figura 3).
Figura 3. Construcción de los cimientos de la Torre Eiffel (1887). https://es.wikipedia.org/wiki/Jacques_Triger
Esta técnica presenta riesgos elevados para los trabajadores, pues el entorno hiperbárico provoca graves daños si no se realiza una descompresión adecuada. Hoy en día, su uso es marginal y tiende a desaparecer. Otros métodos más seguros y económicos han sustituido a esta técnica.
En un artículo escrito en este blog sobre cimentación mediante aire comprimido se analiza con mayor detalle este procedimiento constructivo. Actualmente también es posible controlar el nivel freático mediante aire comprimido en excavaciones realizadas por escudos. Remito al lector a un artículo específico que escribimos en su día de esta tecnología.
Referencias:
GALLO, J.; PÉREZ, H.; GARCÍA, D. (2016). Excavación, sostenimiento y técnicas de corrección de túneles, obras subterráneas y labores mineras. Universidad del País Vasco, Bilbao, 277 pp.
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ, F.; ALCALÁ, J. (2012). Técnicas de voladuras y excavación en túneles. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 530, 165 pp.
MENDAÑA, F.; FERNÁNDEZ, R. (2011). Hidroescudos y tuneladoras E.P.B. Campos de utilización. Revista de Obras Públicas, 3525:67-86
La construcción con hormigón prefabricado presenta claras ventajas económicas cuando se fabrican en taller piezas en grandes series. El ahorro en material y en mano de obra, la elevada calidad en el producto y el rápido montaje son razones que justifican, por sí solas, el uso de la construcción prefabricada. Sin embargo, hoy en día existen motivos adicionales basados en beneficios sociales y medioambientales que justifican la adopción de la tecnología del hormigón prefabricado. Asimismo, los proyectistas han tomado buena nota de las ventajas del prefabricado cuando se trata de construir puentes con luces moderadas, de 10 a 50 m. En estos casos, la disminución del peso resulta fundamental para reducir los costes de elevación y transporte de las piezas. En este contexto, la optimización estructural del coste necesario para construir un puente de vigas prefabricadas constituye un área de gran interés,especialmente cuando se realizan grandes series de piezas.
Siguiendo esta línea de trabajo, nuestro grupo de investigación se ha centrado en los últimos años en el diseño automatizado de puentes de vigas artesa prefabricadas de hormigón pretensado (HP) empleados como pasos superiores sobre vías de comunicación. Las luces vienen impuestas por las dimensiones de la vía inferior, con rangos habituales que oscilan entre los 20 y los 40 m. Estos puentes consisten en vigas de HP con forma de U con losa superior colaborante (Figura 2) y un tablero de hormigón, parcialmente prefabricado o construido «in situ». Esta tipología cuenta a su favor, entre otras, con las ventajas derivadas de la prefabricación, como por ejemplo la construcción industrializada, los moldes reutilizables, los plazos reducidos de ejecución en obra y la baja interferencia con el tráfico inferior. La solución de viga en U permite eliminar completamente los poco agraciados cabezales sobre pila de los tableros de viga en doble T.
Figura 2. Esquema longitudinal del puente y sección transversal del tablero
Resulta interesante comparar la mejor solución alcanzada por alguno de los algoritmos desarrollados por nuestro gruporespecto a una estructura realmente construida y calculada mediante procedimientos habituales. Se han comprobado para casos similares ahorros apreciables en torno al 7-8%. Sin embargo, en algún caso extremo, como el caso del viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida del proyecto de construcción de la autovía del Mediterráneo, el ahorro se ha estimado en un 50% (Martí et al., 2014). En este caso, el puente tenía una luz de 35 m y un ancho de tablero igual al de la solución optimizada, siendo el ahorro alcanzado tan importante a causa de las diferencias en la medición de las unidades de obra en materiales que pueden apreciarse en la Tabla 1.
Tabla 1. Comparación de las mediciones en las unidades de obra significativas correspondientes al viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida, de luz 35 m, respecto a la solución optimizada (Martí et al., 2014)
Resulta evidente que los resultados alcanzados por nuestro grupo de investigación pueden ser de gran interés para su transferencia a las empresas de prefabricados, constructoras y proyectistas. Este diseño automatizado supone un auténtico revulsivo en la forma de entender el proyecto de las estructuras. No obstante, ciertas prácticas comunes como introducir en los proyectos estructuras prefabricadas sobredimensionadas y luego ajustarlas durante la obra (con los consiguientes ahorros para las partes) pueden verse afectadas por este tipo de diseño optimizado. Esta mala praxis puede ser un impedimento para que el diseño optimizado entre a formar parte de la práctica habitual en nuestro sector.
Os dejo a continuación un vídeo del GRUPO BERTOLÍN donde distintos técnicos nos explican las características de los puentes construidos con vigas artesas, sus partes principales y los procesos de ingeniería, mostrando como ejemplo diferentes estructuras en las que Bertolín trabaja actualmente: 4 estructuras en la variante norte de Bétera, acceso a Torrente por el barranco de Chiva, duplicación del puente de Malilla en Valencia y la mejora del acceso de la V30 a la V31.
A continuación os dejo las publicaciones científicas que ha realizado nuestro grupo de investigación al respecto de los puentes de vigas artesa. Estamos, cómo no, en disposición de realizar transferencia tecnológica a las empresas que así nos lo soliciten.
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2017). Heuristics in optimal detailed design of precast road bridges.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 17(4):738-749. DOI:10.1016/j.acme.2017.02.006
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2017). Design optimization of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement by a hybrid evolutionary algorithm.International Journal of Computational Methods and Experimental Measurements, 5(2):179-189.
MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI:10.1016/j.jclepro.2016.02.024
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2015). Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement.Journal of Structural Engineering, 141(2): 04014114. DOI:10.1061/(ASCE)ST.1943-541X.0001058
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm.Automation in Construction, 49:123-134. DOI:10.1016/j.autcon.2014.10.013
El puente de Brooklyn se inauguró el 24 de mayo de 1884. https://www.lanacion.com.ar/lifestyle/la-tragica-inauguracion-del-puente-brooklyn-panico-nid2370692/
Un día comenté en redes sociales que hablaría de la conexión que existe entre el puente de Brooklyn y la independencia de Cuba. Parecen dos hechos aislados en el espacio y casi en el tiempo, pero existe un vínculo de unión en el escritor, periodista, poeta y político José Julián Martí Pérez, conocido simplemente como José Martí (1853-1895).
Aunque nacido en La Habana, su padre fue valenciano y su madre tinerfeña. Pasó su primera infancia en Valencia y cursó su Segunda Enseñanza en La Habana. Estudió Derecho y Filosofía y Letras en la Universidad de Zaragoza y empezaron sus inquietudes políticas. Por cierto, que no pudo recoger sus títulos por falta de dinero para que se los expidieran (aunque la Universidad de Zaragoza corrigió esta situación en 1995 a título póstumo). A partir de su vuelta a La Habana, en 1878, empezó sus labores conspirativas y revolucionarias proclives a la independencia cubana. Fue nombrado subdelegado de la isla por el Comité Revolucionario Cubano, que, curiosamente, estaba radicado en Nueva York. Desde allí se organizó el partido cuyo principal objetivo era lograr la independencia de Cuba.
Soldados españoles durante la Guerra de Cuba armados con Maüsers y preparados para una emboscada en diciembre de 1895. Fotografía de autor desconocido. https://www.larazon.es/cultura/20210128/5t24eaizl5artm474chka7v6gm.htmlJosé Martí, uno de los líderes independentistas cubanos. Wikipedia.
Este es el contexto por el cual José Martí trabajó como periodista en Nueva York entre 1880 y 1885. Pues bien, tal y como nos relata José Ramón Navarro Vera (2021) en su reciente libro “De la utopía al desencanto”, Martí tuvo la ocasión de escribir dos artículos con motivo de la inauguración del puente de Brooklyn, el 24 de mayo de 1883. Fueron “El puente de Brooklyn”, publicado en Las Américas de esa ciudad en junio, y “Los ingenieros del puente de Brooklyn” en agosto del año de la inauguración en La Nación de Buenos Aires.
No solo se trató del primer homenaje en español al puente de Roebling, sino que son textos que, superando el ámbito puramente periodístico, destacan por la prosa poética de su autor. Martí describe la construcción del coloso “por hombres tallados en granito”, donde sus artículos pasan a ser verdaderos poemas épicos: “Como crece un poema en la mente del bardo, así creció el puente en la mente de Roebling”.
Sin embargo, no quiero desvelar aquí los pasajes que dedicó José Martí a la inauguración del puente ni a los elogios de sus ingenieros. Para eso me remito al libro de José Ramón, que seguro no conseguirá defraudar a nadie. También os he dejado al final de este artículo los dos textos originales para que podáis disfrutar de su lectura. Para Martí se funde en el puente de Brooklyn el espíritu y el genio técnico de los Roebling con el esfuerzo y sacrificio de los trabajadores que lo construyeron.
Y más os sorprenderá su definición poética de lo que significa un puente: “brazo poderoso de la mente humana”, símbolo de libertad y paz, “los puentes son las fortalezas del mundo moderno. Mejor que abrir pechos es juntar ciudades”. Pero no deja de sorprender, aparte de lo poético de sus textos, la amplia y completa documentación que disponía de los aspectos técnicos del puente, en especial de su cimentación. De esto ya hablamos en este mismo blog cuando describíamos los cajones neumáticos: “Ved como a medida que limpian la base aquellos heroicos trabajadores febriles, en cuyo cerebro hinchado la sangre precipitada se aglomera”.
Hasta aquí puedo leer. Os dejo con la curiosidad de profundizar en la figura y obra de José Martí y del puente de Brooklyn a través de sus escritos. Podéis ver unos vídeos al respecto y los textos originales de Martí.
Variables de la sección transversal del puente mixto
A continuación os paso una comunicación que hicimos en el congreso INTED en nuestra búsqueda constante de estrategias pedagógicas innovadoras. Este estudio describe cómo se ha introducido la evaluación del ciclo de vida en un curso de postgrado a través de la clase inversa. El análisis se realizó en la asignatura «Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón» enmarcada dentro de los estudios del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón. En esta asignatura introduce los métodos de optimización mediante la aplicación de algoritmos y otros conceptos, como la toma de decisiones multicriterio, el diseño de experimentos y los métodos predictivos y de regresión. En este caso, se llevó a cabo la evaluación del ciclo de vida de una pasarela mixta de 28 m de longitud. La sección consiste en una viga de acero con una losa de hormigón. Se modelaron distintos escenarios con ayudados con software específico. Se empleó la base de datos Ecoinvent, y el software openLCA, desarrollado por Greendelta. Esta metodología permite al estudiante adquirir ciertas competencias transversales, como la responsabilidad ética y medioambiental, el conocimiento de los problemas contemporáneos, el pensamiento crítico y el uso de instrumentos específicos, todo ello enmarcado en el proyecto institucional de la Universitat Politècnica de València. El trabajo también presenta futuros estudios relacionados con la evaluación del ciclo de vida de las pasarelas, no sólo desde el punto de vista energético y medioambiental, sino también teniendo en cuenta factores económicos y sociales.
ABSTRACT:
This study describes the introduction of the life cycle assessment methodology to a postgraduate course through a flipped classroom. The analysis was carried out in the subject predictive models and optimization of concrete structures framed within the Master’s Degree in Concrete Engineering studies. In this course, students are introduced to optimization methods through the application of algorithms and other concepts, such as multi-criteria decision-making, the design of experiments, and predictive and regression methods. In this case, the life cycle assessment of a 28 m span length steel-concrete composite pedestrian bridge was carried out. The section consists of a steel beam topped by a concrete slab. Computer tools were used in different implementation scenarios to model the different possibilities. The database used was Ecoinvent, and the software employed to assess the structure’s life cycle was openLCA, developed by Greendelta. This methodology allows the student to acquire transversal competencies, such as ethical and environmental responsibility, knowledge of contemporary problems, critical thinking, and the use of specific instruments, all of them framed within the institutional project of the Universitat Politècnica de València. This work also presents future studies related to the life cycle assessment of footbridges, not only from energy and environmental points of view but also accounting for economic and social factors. This learning process was achieved with a reverse teaching methodology that allows students to acquire knowledge more efficiently.
Keywords:
Technological resources; tools; active methodology; flipped teaching; life cycle assessment; transversal competencies.
Reference:
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; ATA-ALI, N.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2019). Application of flipped learning to the life cycle assessment of a composite pedestrian bridge. 12th annual International Conference of Education, Research and Innovation ICERI 2019, 11-13 nov 2019, Sevilla, Spain, pp. 900-907. ISBN: 978-84-09-14755-7
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
Figura 1. Ecoducto sobre la autopista A50 en los Países Bajos. https://es.wikipedia.org/wiki/Paso_de_fauna
Me ha causado cierto impacto la reflexión de Javier Rui-Wamba cuando en su libro «Teoría unificada de estructuras y cimientos. Una mirada transversal«, realiza una cronología y analiza la semántica asociada a las estructuras del transporte, en particular a los puentes. Textualmente dice lo siguiente: «Mucho más recientemente, en la época de opulencias económicas que suele preludiar otras de decadencia, nacieron las que algunos llaman ‘ecoestructuras’, como pueden ser los pasos de fauna y las estructuras de permeabilidad territorial«.
Resulta curioso relacionar la opulencia económica con la aparición de nuevos conceptos estructurales para los que se hace necesario, incluso, un nuevo vocabulario para describirlas. Los pasos de fauna, también llamados «ecoductos» o «puentes verdes» permiten, como indica su propio nombre, el paso de los animales a través de las autopistas o líneas férreas. Pueden ser puentes, túneles, escaleras para peces o, incluso, tendidos de cable de cuerda, todo depende del tipo de fauna que tenga que atravesar el obstáculo.
Espero que la protección medioambiental no tenga que ser exclusiva de los periodos de opulencia, pues ya hemos visto nuestra dependencia absoluta de nuestro entorno para la supervivencia como especie. Os dejo a continuación varias imágenes al respecto.
Figura 2. Puentes para animales. https://ecologismos.com/ecoductos-puentes-para-animales/Figura 3. Escalera para peces. https://ecoinventos.com/escalera-de-peces/
Os dejo también algunos vídeos al respecto de estas ecoestructuras.
De vez en cuando nos despertamos con la noticia del fallecimiento de alguien al que admiramos. Este es el caso de Jörg Schlaich, uno de los grandes ingenieros estructurales del siglo XX. Este blog no tendría sentido si no dedicara unas palabras, aunque sean muy pocas, a la figura de este prestigioso ingeniero. Schlaich nació el 17 de octubre de 1934 en Stetten, cerca de Stuttgart (Alemania) y falleció el 4 de septiembre de 2021. Estudió arquitectura e ingeniería civil en las Universidades Técnicas de Stuttgart y Berlín. Fue profesor durante 33 años en la Universidad Técnica de Stuttgart, publicando más de 300 artículos científicos y prácticos de la ingeniería estructural. Ningún ingeniero estructural debería desarrollar su carrera profesional sin haber estudiado y aprendido de este gran maestro. La aparente simplicidad de sus estructuras esconde soluciones radicalmente audaces, convirtiendo sus estructuras en obras maestras. Su forma de enseñar y trabajar no era la tradicional, sino que el diseño y su proceso son los elementos más importantes, donde la forma y la función deben ir de la mano.
El trabajo de Schlaich ha buscado siempre nuevos conceptos estructurales, que han quedado en obras como torres, puentes, cubiertas y edificios. Se puede destacar la gran cubierta de los juegos Olímpicos de Munich, la cubierta retráctil del Estadio Olímpico de Montreal, las cubiertas del Museo de la Tolerancia de Jerusalén, la estación de tren Spandau en Berlín, el puente Ting Kau en Hong Kong y el puente Dubai Creek Crossing, en Dubai.
España también ha construido obras de este gran ingeniero, como el monumento homenaje a las víctimas del 11-M en Madrid, la cubierta del Estadio Olímpico de Sevilla, la cubierta movible de la plaza de toros de Zaragoza, la cubierta de la plaza de toros de Vista Alegre, la cubierta del Palacio de Comunicaciones de Madrid o la cubierta y la fachada de cristal del complejo Príncipe Pío en Madrid.
No obstante, también destaca su preocupación medioambiental, especialmente en el ámbito de la energía solar, como las plantas realizadas en Namibia, Arabia Saudí, Alemana, Almería, Sevilla o la chimenea solar experimental de Manzanares.
En fin, nos ha dejado uno de los grandes. Poco me parece este pequeño recordatorio a su inmensa figura. D.E.P.
Cubierta de los juegos Olímpicos de Munich. https://www.guiadealemania.com/parque-olimpico-munich/
Os dejo un vídeo que se realizó con motivo de la entrega del I Premio de Ingeniería Civil (2008), de la Fundación José Entrecanales Ibarra.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Materials, indexada en el primer cuartil del JCR. En este caso, se ha realizado un análisis comparativo del ciclo de vida de los puentes de hormigón y de los mixtos en función del porcentaje de acero reciclado empleado. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
En este trabajo se propone evaluar el ciclo de vida (ACV) y comparar cuatro alternativas de tableros de puentes para diferentes longitudes de vano, a fin de determinar cuáles son las soluciones más sostenibles. Se utiliza el método ReCiPe para realizar el análisis del ciclo de vida, mediante el cual se obtiene el valor de impacto para cada alternativa y longitud de vano. Se ha utilizado la base de datos Ecoinvent 3.3. El ciclo de vida se ha dividido en cuatro fases: fabricación, construcción, uso y mantenimiento, y desmantelación. Se han tenido en cuenta las incertidumbres asociadas, y los resultados se muestran tanto en los enfoques de punto medio como de punto final. Los resultados muestran que, para vanos inferiores a 17 m, la mejor alternativa es la losa maciza de hormigón pretensado. Para luces entre 17 y 25 m, dado que no se utiliza la solución de viga cajón, la losa aligerada de hormigón pretensado es la mejor alternativa. Para luces entre 25 y 40 m, la mejor solución depende del porcentaje de acero estructural reciclado. Si este porcentaje supera el 90%, la mejor alternativa es el tablero de puente compuesto de vigas cajón. Sin embargo, si el porcentaje es inferior, la alternativa más limpia es el tablero de vigas cajón de hormigón pretensado. Por lo tanto, los resultados muestran la importancia de reciclar y reutilizar el acero estructural en los diseños de los tableros de los puentes.
Abstract:
Achieving sustainability is currently a key objective, so consensus across environmental, social, and economic dimensions is necessary. The construction sector is one of the main sectors responsible for environmental impacts worldwide. This paper proposes a life cycle assessment (LCA) and a comparison of four bridge deck alternatives for different span lengths to determine which are the most sustainable solutions. The ReCiPe method is used to conduct the life cycle analysis, from which the impact value is obtained for each alternative and span length. The Ecoinvent 3.3 database has been used. The life cycle has been divided into four phases: manufacturing, construction, use and maintenance, and end-of-life. The associated uncertainties are considered, and the results are shown in both midpoint and endpoint approaches. The results of our research show that for spans less than 17 m, the best alternative is a prestressed concrete solid slab. For span lengths between 17 and 25 m, since the box-girder solution is not used, the prestressed concrete lightened slab is the best alternative. For span lengths between 25 and 40 m, the best solution depends on the percentage of recycled structural steel. If this percentage exceeds 90%, the best alternative is the composite box-girder bridge deck. However, if the percentage is lower, the cleanest alternative is the prestressed concrete box-girder deck. Therefore, the results show the importance of recycling and reusing structural steel in bridge deck designs.
Keywords:
Life cycle assessment; sustainability; structures; ReCiPe; environment; bridges
ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón). Universitat Politècnica de València
La línea de investigación emprendida por nuestro grupo no puede quedarse en la mera optimización económica del hormigón estructural, que podría ser un objetivo a corto plazo de interés evidente para las empresas constructoras o de prefabricados. En anteriores proyectos (HORSOST, BRIDLIFE, DIMALIFE) afrontados por nuestro grupo se abordó tanto el diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos, como la toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. También se emplearon metamodelos y el diseño óptimo robusto y basado en fiabilidad para obtener diseños automáticos de puentes e infraestructuras que consideraban hormigones con baja huella de carbono, donde se incluían los aspectos de durabilidad, de consumo energético y de emisiones de CO2, de seguridad, y otros que se estudiaban a lo largo del ciclo de vida de las estructuras, en especial en puentes de hormigón pretensado, tanto prefabricados, como construidos “in situ”. Además, se emplearon técnicas de decisión multicriterio para abordar, en primer lugar, la decisión de la mejor tipología constructiva de un puente, y posteriormente, para decidir la mejor de las opciones resultantes de la frontera de Pareto.
La producción científica de estos proyectos fue significativa. Se ha abordado la optimización multiobjetivo (coste, CO2 y energía) de puentes con vigas artesa (Martí et al., 2015; Martí et al., 2016; Yepes et al., 2015;2017), de puentes cajón (García-Segura et al., 2016;2017a;b). Se ha abordado la optimización del mantenimiento de puentes en ambiente marino (Navarro et al., 2017;2018), del mantenimiento de redes de pavimento (Yepes et al., 2016; Torres-Machí, 2017). Se ha analizado la sostenibilidad social de las infraestructuras (Sierra et al., 2017a;b). Se han utilizado metodologías emergentes en la toma de decisiones, como la lógica neutrosófica (Navarro et al., 2020) o las redes bayesianas (Sierra et al., 2018). Se han utilizado en la optimización metamodelos de redes neuronales (García-Segura et al., 2017b), modelos kriging (Penadés-Plà et al., 2019), el análisis de fiabilidad (García-Segura et al., 2017a). Se han propuesto sistemas de indicadores de sostenibilidad social y medioambiental (Milani et al., 2020; Sánchez-Garrido y Yepes, 2020). Se ha aplicado el diseño robusto a los puentes (Penadés-Plà et al., 2020). Se ha analizado la resiliencia de las infraestructuras (Salas et al., 2020). Se han realizado análisis del ciclo de vida de estructuras e infraestructuras óptimas (Penadés-Plà et al. 2017; Zastrow et al., 2017; Pons et al., 2018;2020; Navarro et al. 2018; Zhou et al., 2020). También se encuentra en fase de evaluación la patente “Viga en cajón mixta acero-hormigón, P202030530” (Alcalá y Navarro, 2020), autor que forma parte del equipo de investigación.
Sin embargo, para dar un paso adelante, es necesario abordar las limitaciones y el alcance de estos proyectos previos. El proyecto HYDELIFE busca un salto cualitativo en nuestra línea de investigación que pretende superar algunas limitaciones en cuanto al alcance planteado hasta ahora. En primer lugar, no se puede perder la oportunidad de incorporar las técnicas emergentes del DL en la hibridación de las metaheurísticas, pues sería renunciar a la potencia predictiva de la inteligencia artificial y a la eficiencia de esta nueva generación de algoritmos. En segundo lugar, debe abordarse la construcción industrializada modular tanto en edificación como en obra civil, estudiando en detalle y confrontando los puentes mixtos y las estructuras híbridas con las soluciones de hormigón, en un análisis completo del ciclo de vida que incluya la sostenibilidad social y medioambiental. Para ello se pretende profundizar en las técnicas de decisión multicriterio emergentes como la lógica neutrosófica y otras como las redes bayesianas. En este contexto, a pesar de que se ha avanzado en la optimización multiobjetivo de las estructuras, en el mundo real existen incertidumbres, imperfecciones o desviaciones respecto a los parámetros utilizados en los códigos (propiedades del material, geometría, cargas, etc.). Una estructura óptima se encuentra cercana a la región de infactibilidad, por lo que es necesario incorporar incertidumbres para proporcionar diseños más robustos y fiables (Martínez-Frutos et al., 2014), tanto desde el diseño basado en la fiabilidad como desde el diseño óptimo robusto.
El gran problema de la optimización multiobjetivo de estructuras, al incorporar incertidumbres, es su coste computacional muy elevado. Tal y como hemos visto en algunos de nuestros trabajos, este problema lo hemos abordado mediante metamodelos que proporcionan una relación funcional aproximada entre las variables de diseño y sus respuestas, con un número moderado de análisis completos. Sin embargo, las metaheurísticas híbridas basadas en DL emergen como técnicas capaces de mejorar dichos planteamientos previos.
Los trabajos desarrollados hasta el momento por nuestro grupo de investigación han permitido avances importantes en el diseño automatizado y óptimo de las estructuras de hormigón con múltiples criterios a lo largo del ciclo de vida, sin embargo, existe una serie de limitaciones que este HYDELIFE tiene intención de superar:
Ampliación del análisis del ciclo de vida no solo a los puentes de hormigón, sino también a otras tipologías, como puentes mixtos y estructuras híbridas, así como a estructuras industrializadas modulares.
Utilizar metaheurísticas híbridas basadas en la inteligencia artificial con un doble objetivo: mejorar la calidad de las soluciones al incorporar el aprendizaje profundo en la base de datos generada en la búsqueda de los algoritmos y reducir los tiempos de cálculo.
Explorar el efecto de la aleatoriedad de los parámetros mediante la incorporación del diseño óptimo robusto y del diseño óptimo basado en la fiabilidad, para evitar que los proyectos optimizados reales sean infactibles ante pequeños cambios.
Profundización en las funciones de distribución de los impactos sociales y ambientales en las construcciones modulares y mixtas.
Profundización en la investigación dirigida a la fase de mantenimiento, centrada más en el problema social que plantean las estructuras modulares y mixtas en servicio.
Analizar la sensibilidad de las políticas presupuestarias, poco sensibles a la realidad del sector, en la gestión de las estructuras. Ello supone modelar distintos escenarios económicos y analizar las soluciones eficientes derivadas, especialmente en épocas de crisis.
Profundización en la determinación de los factores que inciden en la toma de decisiones multicriterio.
Profundización en los costes de mantenimiento y en los esperados en caso de fallo. Además, las incertidumbres asociadas al deterioro requieren métodos probabilísticos.
Profundizar en el análisis de ciclo de vida, la inclusión de la demolición y reutilización de los materiales de las infraestructuras, siendo una de las variables de diseño la durabilidad.
Lo indicado hasta ahora, que resume los antecedentes y las realizaciones del grupo, se podría sintetizar en los siguientes aspectos:
La temática a investigar se ha ido profundizando en cada uno de los proyectos realizados, acorde a los objetivos previstos.
Los estudios realizados se basaban en la optimización multiobjetivo, la toma de decisiones a lo largo del ciclo de vida y el diseño robusto y basado en la fiabilidad de puentes pretensados. El objetivo es dar un salto al incorporar el aprendizaje profundo en las metaheurísticas y ampliar el alcance a otro tipo de construcciones industrializadas modulares y a puentes mixtos e híbridos.
Referencias
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ALCALÁ, J.; NAVARRO, F. (2020). Viga en cajón mixta acero-hormigón. Patente P202030530, 4 junio 2020.
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BIONDINI, F., FRANGOPOL, D. M. (2016). Life-Cycle of Deteriorating Structural Systems under Uncertainty: Review. J Struct Eng ASCE, 142(9), F4016001.
CHACÓN, R. (2014). Vigas armadas híbridas de acero. Estado del conocimiento. Revista Ciencia e Ingeniería, 35(2):95-102.
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Proyecto de Investigación:
Optimización híbrida del ciclo de vida de puentes y estructuras mixtas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos. (HYDELIFE). [Hybrid life cycle optimization of bridges and mixed and modular structures with high social and environmental efficiency under restrictive budgets]. PID2020-117056RB-I00. Financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación con fondos FEDER. Investigador Principal: Víctor Yepes.
En el marco de la XIII Reunión del Grupo Español de Decisión Multicriterio, que se celebró en San Sebastián, se entregó ayer, 23 de julio del 2021, los premios a las mejores tesis doctorales en decisión multicriterio 2020. Este grupo se creó en 1999 dentro de la Sociedad Española de Estadística e Investigación Operativa (SEIO).
El premio a la mejor tesis doctoral lo recibió Ignacio Javier Navarro Martínez, tesis que tuve el placer de dirigir junto con el profesor José V. Martí. En este enlace podéis encontrar los detalles de este premio.
Las tesis doctorales premiadas son las siguientes:
PRIMER PREMIO
Título: Life cycle assessment applied to the sustainable design of prestressed bridges in coastal environments
Autor: Ignacio Javier Navarro Martínez
Directores: Víctor Yepes Piqueras y José V. Martí Albiñana
Universidad: Universidad Politécnica de Valencia
Año: 2019
SEGUNDO PREMIO “EX AEQUO”
Título: Building composite indicators from a multicriteria approach: an empirical application for the performance appraisal and efficiency of the Spanish Public Higher Education System
Autora: Samira El Gibari Ben Said
Directores: Trinidad Gómez Núñez y Francisco Ruiz de la Rúa
Universidad: Universidad de Málaga
Año: 2020
Título: Ordinal treatment of ordered qualitative scales: analysis, methods and applications
Autora: Raquel González del Pozo
Director: José Luis García Lapresta
Universidad: Universidad de Valladolid
Año: 2020
Entrega del Primer Premio, con Ignacio junto a los miembros del jurado
Ignacio, primer premiado, junto con Samira y Raquel, segundo premio «ex aequo»Ignacio explicando su tesis doctoral
Os paso a continuación la relación de artículos científicos indexados que han sido fruto de la tesis doctoral de Ignacio J. Navarro, y otras que han sido desarrolladas tras la defensa de su tesis.
Referencias:
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for the structure of single-family homes. Environmental Impact Assessment Review, 89:106572. DOI:10.1016/j.eiar.2021.106572
NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2019). Reliability-based maintenance optimization of corrosion preventive designs under a life cycle perspective.Environmental Impact Assessment Review, 74:23-34. DOI:10.1016/j.eiar.2018.10.001
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2018). Life cycle impact assessment of corrosion preventive designs applied to prestressed concrete bridge decks.Journal of Cleaner Production, 196: 698-713. DOI:10.1016/j.jclepro.2018.06.110
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Social life cycle assessment of concrete bridge decks exposed to aggressive environments.Environmental Impact Assessment Review, 72:50-63. DOI:10.1016/j.eiar.2018.05.003
