Este trabajo describe la introducción de la metodología de superficie de respuesta en un curso de postgrado. Este caso se realiza en la asignatura de “Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón“. Esta asignatura se enmarca en el Plan de Estudios del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón. Los estudiantes aprenden aquí conceptos como la optimización de estructuras mediante algoritmos heurísticos, la toma de decisiones multicriterio, técnicas de diseño de experimentos y metamodelos como la superficie de respuesta para obtener resultados óptimos. En este caso de estudio, el objetivo es obtener una solución óptima de un muro de hormigón armado, utilizando las emisiones de CO2 como función objetivo para reducir su impacto. Para aplicar esta metodología, los estudiantes aprovechan programas comerciales. Por un lado, para realizar el análisis estadístico que permita obtener la superficie de respuesta se utiliza Minitab. Por otro lado, los estudiantes comprueban la resistencia de la estructura utilizando el software de cálculo estructural Cype. Como resultado de esta metodología se consigue que los estudiantes alcancen un mejor nivel en competencias transversales, como el diseño y el proyecto, el pensamiento crítico, el análisis y la resolución de problemas o el uso de software específico. En este trabajo se presentan futuros estudios de investigación relacionados con el uso de técnicas de optimización de estructuras por parte de los estudiantes aplicando otras técnicas de optimización diferentes.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V. (2021). Application of the response surface methodology in a postgraduate optimization course. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 869-878, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0
Figura 1. Escoria granulada. http://www.cedex.es/NR/rdonlyres/BFF81F23-BDB7-4B5B-85A5-A7ABD2974A42/119856/ESCORIASDEHORNOALTO.pdf
La gravaescoria consiste en una mezcla homogénea de áridos, escoria granulada de alto horno, cal y agua, que convenientemente compactada, se utiliza en la construcción de firmes de carreteras. La regulación de esta unidad de obra se recogía en el ya derogado artículo 515 del PG3. Se trata de un tipo de base desarrollada en Francia en los años 60 del siglo pasado. Su mayor problema es el coste del transporte de la escoria desde el alto horno a la central de fabricación, siendo 100 km una distancia límite. Esta es una de las razones por las que se encuentra desregulado su empleo. De hecho, actualmente en España la producción de escoria se localiza en Asturias, concentrándose su consumo principalmente en la zona norte del país.
La escoria granulada es una arena vitrificada obtenida por el enfriamiento brusco y controlado de la escoria de alto horno, a la salida de éste. Está constituida fundamentalmente por silicatos cálcicos, conteniendo también otras sustancias, principalmente alúmina y magnesia. La gravaescoria parte de una mezcla de árido, un 15-20% de escoria granulada de alto horno, agua y un 1% de cal viva o apagada que actúa como catalizador del fraguado. El catalizador es necesario porque la escoria granulada no es un conglomerante hidráulico, sino puzolánico. Por ello el fraguado (en puridad, una cristalización) es progresivo y lento, que puede durar varios meses, llegando al cabo de unos 2 años a alcanzar las resistencias obtenidas con la gravacemento. En otros países se utiliza escoria aireada, obtenida por enfriamiento con agua y aire.
Los áridos utilizados serán naturales o procedentes del machaqueo y trituración de piedra de cantera o grava natural. Serán limpios, sólidos y resistentes, de uniformidad razonable, exentos de polvo, suciedad, arcilla y otros materiales extraños. Su huso granulométrico es algo más abierto que en el caso del árido para la gravacemento. La humedad de la mezcla es algo superior a la óptima del Proctor Modificado. Se aconseja un riego de curado, aunque no es estrictamente necesario.
El proceso de ejecución será el que se indica a continuación:
Preparación de la superficie
Fabricación de la mezcla
Transporte y vertido
Compactación y acabado
La fabricación en central permite dosificar por separado el árido, la escoria granulada, la cal y el agua. Se debe asegurar una compactación que llegue al 100 % del Proctor Modificado, así como un buen drenaje del firme para evitar futuros problemas. La extensión se realiza por capas que, una vez compactadas, varíen entre 15 y 30 cm. Sin embargo, la compactación se realizará en una sola tongada.
La compactación se inicia por el borde más bajo de las distintas bandas longitudinales y continuará hacia el borde más alto de la capa, con el solape correspondiente. En los bordes se debe disponer de una contención lateral adecuada. Esta unidad de obra se puede ejecutar si la temperatura ambiente a la sombra supera los 5ºC y no se prevean heladas. Sin embargo, si la temperatura tiene tendencia a crecer, podrá bajarse el límite a 2ºC.
Cuando la gravaescoria es económicamente factible, presenta algunas ventajas respecto a la gravacemento. Así, su lento endurecimiento permite más tiempo de puesta en obra y abrir al tráfico ligero inmediatamente. Aunque se deforme la capa, siempre se podrá reperfilar antes de extender el pavimento. Otra ventaja es la homogeneidad conseguida en la mezcla debido a la elevada proporción de conglomerante, siendo la humedad y el contenido de escoria factores menos críticos. El problema del reflejo de las grietas en el firme se reduce debido a su menor retracción, por lo que es posible disminuir el espesor del pavimento bituminoso.
KRAEMER, C.; MORILLA, I.; DEL VAL, M.A. (1999). Carreteras II. Explanaciones, firmes, drenaje, pavimentos. Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos, Madrid.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2004). Temas de procedimientos de construcción. Mejora de terrenos.Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2004.844.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para la fabricación y puesta en obra de mezclas bituminosas. Apuntes de la Universitat Politècnica de València. Ref. 749.
La construcción es uno de los responsables de los niveles actuales de estrés ambiental, pero también se reconoce como un sector esencial para promover el bienestar humano, el acceso a la educación o la la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo de infraestructuras y servicios. Por ello, desde el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015, los arquitectos e ingenieros civiles se han erigido como actores clave para el futuro sostenible al que aspiramos. Sin embargo, la complejidad de la sostenibilidad reclama cambios fundamentales en los actuales planes de estudio universitarios para formar profesionales que puedan afrontar dicho reto. Los cursos universitarios convencionales de ingeniería y arquitectura suelen quedarse cortos a la hora de proporcionar una educación holística en la que los estudiantes perciban adecuadamente la relevancia de considerar no sólo los requisitos funcionales de sus diseños, sino también sus consecuencias sociales y medioambientales. La presente comunicación pretende ofrecer una herramienta de evaluación para detectar las principales lagunas en la formación de estos profesionales a partir de las percepciones de los estudiantes de posgrado sobre el diseño sostenible. Se realiza una encuesta a los alumnos de los posgrados “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón” del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón, y “Gestión de la innovación en el sector de la construcción” del Máster en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil, ambos impartidos en la Universidad Politécnica de Valencia. La consistencia de las respuestas se evalúa de forma objetiva a partir del método del Proceso Analítico Jerárquico, sacando a la luz los campos educativos en los que se debe poner especial empeño a la hora de adaptar los planes de estudio universitarios hacia la educación en sostenibilidad.
Figura. Matriz AHP completa
Referencia:
NAVARRO, I.J.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2021). Engineering and architecture postgraduate student’s perceptions on sustainable design. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2554-2563, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0
Figura. Modelo de estructura para una vivienda unifamiliar
Tradicionalmente, las carreras técnicas se han centrado en promover la funcionalidad y la durabilidad de los diseños orientando las capacidades de sus estudiantes hacia la optimización de los aspectos económicos. Los desafíos que han surgido recientemente en relación con el futuro del sector de la construcción y las nuevas ciudades requieren un cambio de paradigma en la enseñanza convencional de la ingeniería civil y la arquitectura. Las nuevas tendencias tendencias se han detectado en los programas de educación superior a través de la introducción de nuevos conceptos como el diseño sostenible. Según la UNESCO, “la educación para el desarrollo sostenible promueve competencias como el pensamiento crítico y la toma de decisiones de forma colaborativa”. En el curso de postgrado “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón”, impartido en el Máster Universitario de Ingeniería del Hormigón de la Universitat Politècnica de València, se instruye a los alumnos en metodologías de investigación que permiten evaluar la sostenibilidad a través de diferentes criterios múltiples técnicas de decisión en la selección de la mejor tipología estructural considerando aspectos económicos ambiental y social. En este trabajo se realiza un estudio comparativo y la aplicación de las diferentes herramientas impartidas en la asignatura para la toma de decisiones con criterios múltiples, a saber, SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR, ELECTRE, MIVES así como AHP para las ponderaciones. La evaluación ofrece una visión transversal, con las características, fortalezas y debilidades de estas técnicas multicriterio técnicas multicriterio que se utilizan habitualmente en el ámbito de la sostenibilidad, aplicadas en este caso entre tres alternativas de diseño para la estructura de una vivienda unifamiliar.
Referencia:
YEPES, V.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J. (2021). Multi-criteria decision techniques in civil engineering education. Comparative study applied to the sustainability of structures. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2564-2573, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. En este caso hemos aplicado la teoría neutrosófica a la toma de decisión multicriterio. La nueva propuesta se ha aplicado al problema del proyecto más sostenible para un un tablero de puente de hormigón pretensado situado en una región costera. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Tras el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible y de la Agenda 2030, el diseño sostenible de productos en general, y de infraestructuras en particular, surge como un campo desafiante para el desarrollo y la aplicación de herramientas de toma de decisiones multicriterio. Los problemas de decisión relacionados con la sostenibilidad suelen implicar, por definición, una gran variedad en cuanto a número y naturaleza de criterios conflictivos, lo que nos sitúa en el límite de la aplicabilidad de las herramientas convencionales de toma de decisiones multicriterio. Cuanto mayor sea el número de criterios y más complejas sean las relaciones existentes entre ellos en un problema de decisión, menos precisos y seguros serán los juicios requeridos por los métodos habituales, como el proceso de jerarquía analítica (AHP). El presente trabajo propone una metodología de finalización del AHP neutrosófico para reducir el número de juicios que debe emitir el decisor. Esto aumenta la consistencia de sus respuestas, a la vez que tiene en cuenta las incertidumbres asociadas a la borrosidad del pensamiento humano. El método se aplica a un problema de diseño sostenible, dando como resultado unas estimaciones de pesos que permiten reducir hasta un 22% las comparaciones requeridas convencionalmente, con una precisión media inferior al 10% entre las estimaciones y los pesos resultantes de una matriz AHP completada convencionalmente, y un error estándar medio de la raíz inferior al 15%.
Abstract:
After the recent establishment of the Sustainable Development Goals and the Agenda 2030, the sustainable design of products in general and infrastructures in particular emerge as a challenging field for the development and application of multicriteria decision-making tools. Sustainability-related decision problems usually involve, by definition, a wide variety in number and nature of conflicting criteria, thus pushing the limits of conventional multicriteria decision-making tools practices. The greater the number of criteria and the more complex the relations existing between them in a decisional problem, the less accurate and certain are the judgments required by usual methods, such as the analytic hierarchy process (AHP). The present paper proposes a neutrosophic AHP completion methodology to reduce the number of judgments required to be emitted by the decision maker. This increases the consistency of their responses, while accounting for uncertainties associated to the fuzziness of human thinking. The method is applied to a sustainable-design problem, resulting in weight estimations that allow for a reduction of up to 22% of the conventionally required comparisons, with an average accuracy below 10% between estimates and the weights resulting from a conventionally completed AHP matrix, and a root mean standard error below 15%.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Applied Sciences (indexada en el JCR, Q2) un artículo que trata sobre el uso de distintas técnicas heurísticas para optimizar una pasarela de sección mixta hormigón-acero. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
La importancia de la construcción en el consumo de recursos naturales está llevando a los profesionales del diseño estructural a crear diseños de estructuras más eficientes que reduzcan tanto las emisiones como la energía consumida. En este trabajo se presenta un proceso automatizado para obtener diseños óptimos energéticos de muros de contrafuertes. Se consideraron dos funciones objetivo para comparar la diferencia entre una optimización de costes y una optimización de energía incorporada. Para alcanzar el mejor diseño para cada criterio de optimización, se ajustaron los parámetros del algoritmo. Este estudio utilizó un algoritmo híbrido de optimización simulada para obtener los valores de la geometría, las resistencias del hormigón y las cantidades de hormigón y materiales. La relación entre todas las variables geométricas y la altura del muro se obtuvo ajustando las funciones lineales y parabólicas. Se encontró que la optimización de los costes y de la energía están vinculados. Una reducción de costes de 1 euro lleva asociada una reducción del consumo energético de 4,54 kWh. Para conseguir un diseño de baja energía, se recomienda reducir la distancia entre los contrafuertes con respecto a la optimización económica. Esta disminución permite reducir los refuerzos necesarios para resistir la flexión del alzado. La diferencia entre los resultados de las variables geométricas de la cimentación para los dos objetivos de optimización apenas revela variaciones entre ellos. Este trabajo proporciona a los técnicos algunas reglas prácticas de diseño óptimo. Además, compara los diseños obtenidos mediante estos dos objetivos de optimización con las recomendaciones de diseño tradicionales.
The importance of construction in the consumption of natural resources is leading structural design professionals to create more efficient structure designs that reduce emissions as well as the energy consumed. This paper presents an automated process to obtain low embodied energy buttressed earth-retaining wall optimum designs. Two objective functions were considered to compare the difference between a cost optimization and an embodied energy optimization. To reach the best design for every optimization criterion, a tuning of the algorithm parameters was carried out. This study used a hybrid simulated optimization algorithm to obtain the values of the geometry, the concrete resistances, and the amounts of concrete and materials to obtain an optimum buttressed earth-retaining wall low embodied energy design. The relation between all the geometric variables and the wall height was obtained by adjusting the linear and parabolic functions. A relationship was found between the two optimization criteria, and it can be concluded that cost and energy optimization are linked. This allows us to state that a cost reduction of €1 has an associated energy consumption reduction of 4.54 kWh. To achieve a low embodied energy design, it is recommended to reduce the distance between buttresses with respect to economic optimization. This decrease allows a reduction in the reinforcing steel needed to resist stem bending. The difference between the results of the geometric variables of the foundation for the two-optimization objectives reveals hardly any variation between them. This work gives technicians some rules to get optimum cost and embodied energy design. Furthermore, it compares designs obtained through these two optimization objectives with traditional design recommendations.
Keywords:
Heuristic optimization; energy savings; sustainable construction; buttressed earth-retaining walls
Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Environmental Research and Public Health (revista indexada en el JCR, en el primer cuartil) donde se estudia el ciclo de vida completo de seis puentes atirantados en las más importantes regiones económicas de China.
El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
ABSTRACT
The construction industry of all countries in the world is facing the issue of sustainable development. How to make effective and accurate decision-making on the three pillars (Environment; Economy; Social influence) is the key factor. This manuscript is based on an accurate evaluation framework and theoretical modelling. Through a comprehensive evaluation of six cable-stayed highway bridges in the entire life cycle of five provinces in China (from cradle to grave), the research shows that life cycle impact assessment (LCIA), life cycle cost assessment (LCCA), and social impact life assessment (SILA) are under the influence of multi-factor change decisions. The manuscript focused on the analysis of the natural environment over 100 years, material replacement, waste recycling, traffic density, casualty costs, community benefits and other key factors. Based on the analysis data, the close connection between high pollution levels and high cost in the maintenance stage was deeply promoted, an innovative comprehensive evaluation discrete mathematical decision-making model was established, and a reasonable interval between gross domestic product (GDP) and sustainable development was determined.
Tengo el placer de comunicar mi participación en la Mesa Redonda sobre “Medio ambiente, clima, sostenibilidad y COVID-19“, que tendrá lugar el día 24 de noviembre de 2020, a las 18:35 h. Esta mesa se organiza dentro del IV Foro de la Cátedra Hidralia+URG Red Andaluza contra el Cambio Climático. Os paso la información del evento y os animo a inscribirse y a participar. Haga clic en el enlace a continuación para unirse al seminario web: https://zoom.us/j/95398766471
¿Cómo está afectando la COVID-19 a la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible? Esta cuestión es la que se tratará de dilucidar en el IV Foro de la Cátedra Hidralia+UGR que tendrá lugar, por cuarto año consecutivo, por cuarto año consecutivo, que este año lleva por título COVID-19: Oportunidad o amenaza para los OD, enmarcado en el ciclo de actividades “Hablemos de Ingeniería Civil” de la World Council of Civil Engineers y donde se presentarán unos resultados preliminares del proyecto “Diseño de estrategias para afrontar el impacto del COVID-19 en el cumplimiento de la ODS en Andalucía” que se está desarrollando en el marco de la convocatoria de la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía, sobre el SARS-COV-2 y la enfermedad COVID-19, cofinanciada con Fondos FEDER.
Organiza: Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos, la Cátedra Hidralia+UGR y la Red Andaluza Contra el Cambio Climático (REDAC)
En los objetivos de desarrollo sostenible recientemente establecidos se reconoce la importancia de las infraestructuras para lograr un futuro sostenible. A lo largo de su ciclo de vida, las infraestructuras generan una serie de impactos cuya reducción ha sido uno de los principales focos de atención de los investigadores en los últimos años. La optimización de los intervalos de mantenimiento de las estructuras, como los puentes, ha despertado la atención del sector de la ingeniería civil, pues la mayoría de los impactos de las infraestructuras se producen durante la fase de servicio. Así pues, actualmente los puentes se proyectan para atender a los efectos económicos y ambientales derivados de las actividades de mantenimiento. Sin embargo, en esos análisis se suele descuidar el pilar social de la sostenibilidad. Dado que todavía no existe una metodología universalmente aceptada para su evaluación, la dimensión social no se incluye de forma efectiva en las evaluaciones del ciclo de vida de las infraestructuras. En la presente comunicación se evalúan los efectos del ciclo de vida de diseños alternativos de los tableros de hormigón de los puentes en un ambiente costero que requiere mantenimiento. Los intervalos de mantenimiento derivados de la fiabilidad se optimizan primero minimizando los impactos económicos y ambientales. En una segunda etapa del análisis, se incluye la dimensión social en el proceso de optimización y se comparan los resultados. Los resultados de optimización de estas evaluaciones combinadas se obtienen aplicando la técnica de toma de decisiones multicriterio AHP-TOPSIS. En este trabajo se muestra cómo la inclusión de la dimensión social puede conducir a estrategias de mantenimiento óptimo diferentes y más orientadas a la sostenibilidad. El enfoque tridimensional que se aplica aquí ha dado lugar a que se prefieran otras alternativas a las derivadas de la evaluación convencional que considera las perspectivas económica y ambiental. Esa conclusión apoya la idea de que se requieren evaluaciones holísticas del ciclo de vida para el diseño sostenible de las infraestructuras y de que es necesario hacer más esfuerzos urgentes para integrar la dimensión social en las evaluaciones de la sostenibilidad de las estructuras.
Referencia:
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Role of the social dimension on the sustainability-oriented maintenance optimization of bridges in coastal environments. 10th International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI 2020, pp. 205-215, 3-5 June 2020, Prague, Czech Republic.
La evaluación de las competencias transversales adquiridas a lo largo de la formación universitaria es un objetivo fundamental para garantizar la adecuada formación de los alumnos. Con los recientemente establecidos Objetivos de Desarrollo Sostenible, la demanda de competencias transversales orientadas a tal fin es cada vez mayor y, su desarrollo y evaluación, más urgente. En el contexto de la sostenibilidad, resulta particularmente relevante la capacidad de pensamiento crítico de los estudiantes. Ante la falta de consenso en cuanto a cómo determinar el grado de adquisición de las competencias transversales, se propone un procedimiento objetivo orientado a la evaluación del pensamiento crítico basado en la resolución de casos de estudio, combinados con la aplicación del Proceso Analítico Jerárquico de decisión multicriterio. La aplicación de este proceso permite determinar, de forma objetiva, la coherencia implícita de los alumnos en sus juicios y ofrece, por lo tanto, una herramienta valiosa para evaluar su capacidad de pensamiento crítico y la claridad con la que perciben la sostenibilidad y sus implicaciones en el desarrollo de su futura práctica profesional.
Referencias:
NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Comparación pareada como método de evaluación de competencias transversales en materia de sostenibilidad.VI Congreso de Innovación Educativa y Docencia en Red. IN-RED 2020, 16 y 17 de julio de 2020. Doi: http://dx.doi.org/10.4995/INRED2020.2020.12000
Este trabajo describe la introducción de la metodología de superficie de respuesta en un curso de postgrado. Este caso se realiza en la asignatura de “Modelos predictivos y de optimización de estructuras de hormigón“. Esta asignatura se enmarca en el Plan de Estudios del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón. Los estudiantes aprenden aquí conceptos como la optimización de estructuras mediante algoritmos heurísticos, la toma de decisiones multicriterio, técnicas de diseño de experimentos y metamodelos como la superficie de respuesta para obtener resultados óptimos. En este caso de estudio, el objetivo es obtener una solución óptima de un muro de hormigón armado, utilizando las emisiones de CO2 como función objetivo para reducir su impacto. Para aplicar esta metodología, los estudiantes aprovechan programas comerciales. Por un lado, para realizar el análisis estadístico que permita obtener la superficie de respuesta se utiliza Minitab. Por otro lado, los estudiantes comprueban la resistencia de la estructura utilizando el software de cálculo estructural Cype. Como resultado de esta metodología se consigue que los estudiantes alcancen un mejor nivel en competencias transversales, como el diseño y el proyecto, el pensamiento crítico, el análisis y la resolución de problemas o el uso de software específico. En este trabajo se presentan futuros estudios de investigación relacionados con el uso de técnicas de optimización de estructuras por parte de los estudiantes aplicando otras técnicas de optimización diferentes.
