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Evaluación de la capacidad de pensamiento crítico de los estudiantes universitarios en materia de sostenibilidad

Recientemente, hemos tenido el honor de que se publique nuestro artículo en el International Journal of Engineering Education, una revista indexada en el JCR. Nuestro estudio se enfoca en la evaluación de la capacidad de pensamiento crítico de los estudiantes universitarios en relación con la sostenibilidad. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal.

El artículo propone una metodología para evaluar objetivamente las habilidades de pensamiento crítico de los estudiantes universitarios en materia de sostenibilidad a través de estudios de casos que utilizan la técnica del Proceso de Jerarquía Analítica (AHP). La herramienta propuesta permite a los profesores identificar las áreas en las que los estudiantes carecen de una visión clara del problema y adaptar sus planes de estudio en consecuencia. El documento tiene como objetivo cerrar las brechas de conocimiento existentes en la evaluación de las competencias transversales que conducen a perfiles impulsores de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

Las implicaciones prácticas de este trabajo son las siguientes:

Los profesores pueden emplear la metodología propuesta para evaluar las habilidades de pensamiento crítico de sus alumnos en cursos relacionados con la sostenibilidad.
La herramienta puede ayudar a los profesores a identificar las áreas en las que los estudiantes carecen de una visión clara del problema y a adaptar sus planes de estudio en consecuencia.
La metodología propuesta se puede personalizar para cada disciplina universitaria para motivar a los estudiantes a través de estudios de casos reales y fomentar el pensamiento crítico y las habilidades analíticas desde el punto de vista de la sostenibilidad.
La metodología propuesta puede ayudar a cerrar las brechas de conocimiento existentes en la evaluación de las competencias transversales que conducen a perfiles impulsores de los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS).

El artículo presenta los resultados de una encuesta realizada utilizando la metodología propuesta para evaluar las habilidades de pensamiento crítico de los estudiantes universitarios en materia de sostenibilidad a través de estudios de casos que utilizan la técnica del Proceso de Jerarquía Analítica (AHP). Se muestra la caracterización estadística de las respuestas dadas por los estudiantes, proporcionando el valor medio, la desviación estándar y los percentiles 5 y 95 de los juicios, medidos en términos de la escala fundamental extendida de Saaty. También se muestra la relevancia promedio asignada a cada criterio debido a esta encuesta. Estos valores de relevancia se obtienen de la metodología de toma de decisiones descrita anteriormente.

El artículo propone una metodología novedosa para evaluar la adquisición de habilidades de pensamiento crítico en materia de sostenibilidad por parte de los estudiantes universitarios. La metodología propuesta se basa en estudios de casos prácticos personalizados para cada disciplina universitaria, con el objetivo de motivar a los estudiantes a través de estudios de casos reales, así como fomentar el pensamiento crítico y las habilidades analíticas, todo ello desde el punto de vista de la sostenibilidad. La herramienta propuesta permite saber, a través de la coherencia de las respuestas de los estudiantes, en qué medida el estudiante ha desarrollado su capacidad de pensamiento crítico para enfrentar problemas de diseño sostenible. El artículo concluye que la metodología propuesta es útil para que los profesores adapten eficazmente sus planes de estudio de acuerdo con los conocimientos de sus alumnos.

ABSTRACT:

Construction-related enterprises are acknowledged as one of the key actors responsible for shifting society toward the sustainable future claimed by the recently established Sustainable Development Goals. However, university curricula need to emphasize guaranteeing the acquisition of transversal competencies that are essential for the future management professionals required by this new challenge. Consistent and critical thinking is considered a fundamental skill for education in sustainability. To date, no studies have presented an objective measure of the level of acquisition of such transverse skills in university curricula. This study provides an analytical tool to that end, based on the multi-criteria decision-making technique Analytic Hierarchy Process (AHP). Through sustainability-oriented case studies, students are faced with real managerial decision-making problems. The proposed method allows for the analytic quantification of the consistency of their responses. Such consistency is representative of their critical thinking skills. The proposed tool allows teachers not only to find the consistency of their students’ responses but also to understand in which areas of sustainability students lack a clear vision of the problem. This tool is therefore useful for teachers to effectively adapt their syllabi according to their students’ knowledge.

KEYWORDS:

Sustainable education; transversal competence; critical thinking; management; consistency

REFERENCE:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2023). Evaluation of Higher Education Students’ Critical Thinking Skills on Sustainability. International Journal of Engineering Education, 39(3):592-603.

Os paso el artículo, que está publicado en abierto. Espero que os sea de interés.

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Auge de la construcción inteligente: un estudio revela tendencias y desafíos para el futuro

Acaban de publicarnos en la revista Journal of Building Engineering, que está en el primer decil del JCR, un artículo de revisión sobre el estado actual de los métodos modernos de construcción. Estos métodos, conocidos como “construcción inteligente“, son alternativas a la construcción tradicional. El gobierno del Reino Unido utilizó este término para describir una serie de innovaciones en la construcción de viviendas, la mayoría de las cuales se basan en tecnologías de construcción en fábrica. Este concepto abarca una amplia gama de tecnologías basadas en la fabricación modular, ya sea en el lugar de construcción o en otra ubicación, y está revolucionando la forma en que se construyen edificios de manera más rápida, rentable y eficiente. También se conoce comúnmente como construcción “off-site”. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El creciente interés por la sostenibilidad, las energías alternativas y los cambios en el estilo de vida debido a la pandemia ha impulsado la fabricación de edificaciones empleando los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC), especialmente en el ámbito residencial. Estos métodos, que utilizan tecnologías innovadoras como alternativa inteligente a la construcción tradicional, han sido objeto de un exhaustivo estudio que busca clasificarlos, detectar tendencias y vacíos de conocimiento, y delinear futuras áreas de investigación. El análisis, basado en 633 publicaciones desde 1975 hasta 2022, revela seis grupos temáticos y 18 subcategorías, empleando una novedosa metodología mixta que incorpora el análisis de procesamiento de lenguaje natural (NLP). Si bien se destaca la presencia dominante de herramientas y tecnologías integradas en la Construcción 4.0 y los aspectos de gestión de la industria, también se identifican importantes lagunas de investigación, como la necesidad de aplicar más los MMC en la rehabilitación de edificios y abordar enfoques para mejorar el entorno construido a través del nuevo paradigma del diseño regenerativo. Este estudio exhaustivo ofrece una comprensión más profunda y rigurosa del estado del arte en el campo de la construcción inteligente mediante un mapeo y caracterización de la estructura conceptual del corpus bibliográfico y una evaluación sistemática basada en revisión de literatura. El artículo sugiere que se necesita más investigación para comprender los sistemas de construcción interdependientes mediante el uso de gemelos digitales.

Aspectos destacables:

El estudio utiliza aprendizaje automático combinado con una revisión sistemática de la literatura.
Se propone una novedosa metodología mixta que incorpora análisis de procesamiento de lenguaje natural.
Se recomienda una clasificación recientemente revisada para todos los MMC aplicados en edificios.
La literatura sobre MMC se clasificó en seis grandes áreas con 18 subcategorías.
Los temas se identifican mediante análisis de bigrama y agrupamiento, además del conocimiento experto.

Podéis descargar el artículo gratuitamente al tratarse de una publicación en acceso abierto:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S235271022300904X?via%3Dihub

Abstract:

The concerns surrounding sustainability, alternative energies, and lifestyle changes due to the pandemic have resulted in a surge in the manufacturing of buildings utilizing Modern Methods of Construction (MMC), particularly in housing. These methods involve using new technologies as smart building alternatives to traditional construction. Against the backdrop of Industry 4.0, there is an urgent need for a systematic literature review of MMCs in building construction to classify them, detect trends and gaps, and outline future research areas. This study analyzed 633 publications from 1975 to 2022 and grouped them into six thematic clusters and 18 subcategories, using a novel mixed methodology incorporating natural language processing (NLP) analysis. The qualitative analysis of the literature indicates that research in the field is dominated by tools and technologies integrated into Construction 4.0 and the industry’s management aspects. However, this review also highlights several gaps in research, including the need for more application of MMC to building retrofitting and the need for approaches to improve the built environment through the new paradigm of regenerative design. The high-level mapping and characterization of the bibliographic corpus’s conceptual structure and the classical evaluation process based on systematic literature review (SLR) have provided a more profound and rigorous state-of-the-art understanding.

Keywords:

Modern methods of construction; Industrialized buildings; Emerging technologies; Construction industry; Machine learning; Systematic literature review

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Journal of Building Engineering, 73:106725. DOI:10.1016/j.jobe.2023.106725

Como el artículo se encuentra en abierto, os lo podéis descargar aquí:

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Visibilidad para el grupo de investigación CONSTRUCTION OPTIMIZATION – ICITECH UPV

En mi blog personal, suelo destacar los logros personales de los miembros de nuestro grupo de investigación, compuesto por profesores e investigadores jóvenes de varios países, cuya sede es el ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón) de la Universitat Politècnica de València. Sin embargo, estos logros a menudo pasan desapercibidos debido a la falta de una vía de comunicación propia.

Desde 2006, nuestro grupo ha centrado sus investigaciones en la optimización multiobjetivo y la toma de decisiones multicriterio para garantizar la sostenibilidad económica, social y medioambiental a lo largo del ciclo de vida de los puentes y las infraestructuras. Hasta la fecha, hemos publicado unos 150 artículos científicos indexados en el JCR y presentado numerosas comunicaciones en congresos nacionales e internacionales. Ya se han leído 15 tesis doctorales y, en este momento, otras 10 se encuentran en marcha.

No obstante, consideramos crucial aumentar la visibilidad de nuestro trabajo para acercarlo a la sociedad. De esta manera, esperamos que nuestra investigación contribuya a la construcción de infraestructuras más sostenibles y eficientes en el futuro.

Como podréis observar, hemos diseñado un logotipo para identificar nuestro trabajo. El diseño sigue el estilo institucional de los grupos de investigación de nuestra universidad. En la parte inferior, en rojo destacado, aparece el acrónimo de la UPV, mientras que encima figuran dos palabras que consideramos fundamentales: “CONSTRUCTION” y “OPTIMIZATION”. Las hemos escrito en inglés porque queremos comunicar nuestro trabajo a nivel internacional.

La primera de ellas señala que nuestro objeto de investigación no se limita a las estructuras de hormigón o a los puentes, sino que abarca un amplio espectro de infraestructuras, como edificios, carreteras, ferrocarriles, puertos y presas, entre otros. Además, la palabra “optimización” resume la base y los inicios de nuestro grupo, ya que buscamos mejorar la sostenibilidad integral de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida.

Sin lugar a dudas, lo más complicado para nosotros ha sido crear una silueta que capture, a modo de paraguas, el núcleo central de nuestro mensaje. Hemos creado un arco que simboliza un puente y también tiene la intención de representar una cúpula de un edificio, un tramo de carretera o una sección de una presa bóveda. En resumen, hemos buscado un diseño que sea fácil de comprender y que simbolice el trabajo que llevamos a cabo en nuestro grupo.

Pues bien, podéis encontrar toda la información que vaya generando el grupo en las siguientes redes de comunicación. Os invito a que las sigáis para estar al tanto de lo que está ocurriendo en la punta de lanza del conocimiento en el ámbito de la ingeniería de la construcción.

Twitter: https://twitter.com/ConstOptUPV

Facebook: https://www.facebook.com/groups/231497652653826

LinkedIn: https://www.linkedin.com/groups/12794089/

Diseño regenerativo y métodos modernos de construcción: La crisis del paradigma de la sostenibilidad

Figura 1. Edificio Media-TIC. Enric Ruiz Geli. El Poblenou, Barcelona. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edificio_Media-TIC._Enric_Ruiz_Geli.jpg

La construcción y gestión de infraestructuras constituyen un sector económico clave, tanto por sí mismo como por su papel fundamental en el soporte de la actividad social. Sin embargo, la creciente conciencia de la necesidad de construir de manera sostenible ha impulsado la puesta en marcha de nuevas tecnologías y materiales. Entre las tecnologías clave para hacer más sostenibles las infraestructuras se encuentran el uso de materiales de construcción ecológicos y sostenibles, la adopción de energías renovables, como paneles solares y aerogeneradores, la iluminación LED, los sistemas urbanos de drenaje sostenible, los materiales de aislamiento térmico y los sistemas de sensorización y automatización. El empleo de estos materiales y tecnologías puede ayudar a reducir la huella de carbono de las infraestructuras, disminuir el consumo de energía y de recursos no renovables, generar ahorros económicos y mejorar la calidad del agua. Además, estas opciones pueden favorecer la eficiencia de la infraestructura y la calidad de vida de los usuarios. Pero es claramente insuficiente.

El paradigma de la sostenibilidad está en crisis. Ya no se considera suficiente la reducción de los impactos ambientales asociados a la actividad humana, sino que también deben contemplarse los aspectos económicos y sociales. Alcanzar este equilibrio resulta complejo, pues a veces la sostenibilidad ambiental no es compatible con la social ni con la económica. No obstante, el reto es claro: preservar los recursos naturales, el patrimonio, la cultura, el equilibrio social, los ecosistemas y muchos otros aspectos para las generaciones futuras.

Por tanto, el paradigma actual se cuestiona cuando el antiguo canon de “reciclar, reducir y reutilizar” ya no es suficiente y debe ser reemplazado por otro que consiste en “restaurar, renovar y reponer”. Este enfoque representa un nuevo paradigma para mejorar el entorno construido: el Diseño Regenerativo, también conocido como “regenerative design” en inglés. En la actualidad, reducir los impactos ambientales resulta insuficiente ante la aceleración del cambio, por lo que es necesario adoptar un enfoque de diseño regenerativo que genere impactos positivos a lo largo de todo el ciclo de vida de una infraestructura.

El diseño regenerativo implica la restauración de los ecosistemas y fomenta el desarrollo de los ecosistemas naturales y humanos. Para lograrlo, se requiere un cambio de pensamiento y de diseño, con un enfoque holístico e integrado. Además, este nuevo paradigma exige incorporar un alto nivel de conocimientos científicos que no se encuentran en el diseño convencional. No podemos ignorar la herencia de etapas anteriores, pero los proyectistas y los encargados de tomar decisiones necesitan ampliar sus horizontes. El nuevo desafío requiere un profundo conocimiento de diversas áreas y, en algunos casos, la colaboración de varios especialistas, así como herramientas apropiadas, nuevos métodos de investigación, pautas y estrategias de diseño.

Figura 2. Ciudad del Puerto de Malmö. Autor: Jorge Franganillo
https://www.flickr.com/photos/franganillo/43494905904

Los Métodos Modernos de Construcción (Modern Methods of Construction, en inglés) se refieren a un enfoque que emplea tecnologías y procesos innovadores para mejorar la eficiencia y la calidad de la construcción. Incluyen la prefabricación de componentes en una fábrica, el uso de materiales más ligeros y resistentes y la adopción de técnicas constructivas más rápidas y precisas. Estos nuevos procedimientos se relacionan con el diseño regenerativo, pues ambos buscan promover prácticas más sostenibles y responsables con el medio ambiente. Este enfoque se basa en la comprensión de que los edificios y la infraestructura pueden tener un impacto positivo al proporcionar servicios ecosistémicos como la purificación del aire y del agua, la protección contra inundaciones y la mitigación del cambio climático.

Por tanto, estamos ante un cambio de paradigma, ya que los métodos modernos de construcción pueden ser herramientas valiosas para el diseño regenerativo. Al emplear materiales más sostenibles, reducir los residuos de construcción y disminuir la huella de carbono, estos nuevos métodos pueden contribuir a crear edificios y comunidades más sostenibles y eficientes. Además, pueden contribuir a la construcción de infraestructuras que promuevan la regeneración del medio ambiente y la salud de la comunidad.

La investigación y la innovación en este ámbito están siendo punteras en España, tanto en las universidades como en los institutos tecnológicos y en las empresas. En el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universitat Politècnica de València, el grupo de investigación que dirijo se enfoca en promover la sostenibilidad de las infraestructuras en todas las etapas de su ciclo de vida, desde el diseño hasta la demolición, mediante técnicas de optimización heurística multiobjetivo, toma de decisiones y análisis del ciclo de vida social y ambiental.

Figura 3. Puente de la Gran Belt, Dinamarca. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:GreatBeltBridgeTRJ1-edit.JPG

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Trabajo Fin de Máster sobre análisis del ciclo de vida y optimización del puente de la Bahía de Zhanjiang (China)

Acaba de defender su Trabajo Fin de Máster el estudiante Zijian Cao para obtener el Máster Universitario en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil. Se trata del análisis del ciclo de vida y de la optimización aplicados al puente de la Bahía de Zhanjiang, en China. He tenido la oportunidad de ser su director de máster, aunque ha sido un verdadero reto debido a la dificultad del idioma. Al cabo de unos años, Zijian ya habla español con fluidez. Ha obtenido la calificación de sobresaliente. Mi más sentida enhorabuena.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Os paso el resumen de su trabajo. Espero que os sea de interés.

En la actualidad, el mundo está avanzando hacia un modelo de desarrollo más sostenible para hacer frente al grave impacto ambiental. En este sentido, los investigadores tienen que enfocarse en la innovación de materiales, el manejo del personal y el uso de maquinaria, con el fin de controlar y reducir la contaminación ambiental mediante métodos científicos y medidas eficaces de optimización, logrando así un desarrollo sostenible y respetuoso con el medio ambiente en las construcciones.

Puente de la Bahía de Zhanjiang. https://megaconstrucciones.net/?construccion=puente-bahia-zhanjiang

Para llevar a cabo este trabajo, se ha realizado una investigación exhaustiva sobre los factores que influyen en el impacto ambiental de las construcciones, analizando la información actual sobre los impactos ambientales en China y en países europeos. Posteriormente, se ha establecido un modelo teórico efectivo que permita aplicar un Análisis de Ciclo de Vida (ACV) y se han utilizado modelos de cálculo y software de análisis para alcanzar los objetivos de la investigación.

El enfoque principal del trabajo consiste en el análisis teórico y el estudio de casos. A través del modelo teórico establecido, se realiza un análisis detallado de los impactos de los materiales, la planificación y el diseño, la instalación, el mantenimiento, la operación y la demolición de puentes complejos. Sobre la base del modelo teórico original, se han contemplado métodos de diseño, métodos de construcción y gestión, que se benefician del ahorro de costos y la reducción de emisiones. Este trabajo no solo aporta resultados concretos, sino que también establece un marco para futuras investigaciones en este campo. Además, proporciona datos, modelos y métodos de investigación sobre la sostenibilidad en la construcción.

Evaluación del coste del ciclo de vida mediante la función de densidad espectral de potencia en un puente de hormigón en ambiente costero

Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Marine Science and Engineering, revista indexada en el JCR. Se trata de la evaluación del coste del ciclo de vida mediante la función de densidad espectral de potencia en un puente de hormigón en un ambiente costero. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

En los últimos tiempos, se han llevado a cabo reparaciones y mantenimiento en estructuras para prevenir el colapso súbito y los consiguientes daños económicos y humanos. La presencia de iones cloruro es un factor natural que contribuye a la degradación de las estructuras en entornos marinos, reduciendo su vida útil. Por lo tanto, es esencial supervisar con regularidad el estado de los edificios costeros de hormigón para repararlos a tiempo. El objetivo de este estudio es evaluar el método de densidad espectral de potencia (PSD) como un método no destructivo de detección de daños para monitorizar la ubicación y la cantidad de daños causados por los iones cloruro durante la vida útil de una estructura. Se utilizan diferentes enfoques, como la evaluación del ciclo de vida (LCA) y su coste (LCCA).

En este sentido, en primer lugar, se calculó el daño por corrosión causado por los cloruros en función de la distancia de la zona al agua de mar para determinar la vida útil de cada parte de un puente de hormigón en ambiente marino mediante el método convencional. A continuación, se estimó el deterioro del hormigón, basándose en la corrosión de las barras de refuerzo cada año. El método PSD permitió controlar la pérdida anual de sección transversal de la armadura, las variaciones en las características dinámicas (como la rigidez y la masa) y la vida útil de la estructura del puente mediante ecuaciones de sensibilidad y un algoritmo de mínimos cuadrados lineales. Por último, se compararon los costes del ciclo de vida (CCV) y los de mantenimiento y reparación del método PSD con el método convencional, en función de la ubicación y la calidad de los daños, en cada año de vida del puente hasta el final de su vida útil. Los resultados mostraron que esta estrategia fue muy eficaz para reducir y optimizar los costes de mantenimiento y reparación derivados de la corrosión por cloruros.

Figura 1. Dimensiones de un vano del puente de Arosa

Abstract:

Repairs and maintenance have recently been necessary to prevent sudden structural collapses, which can cause human and financial damage. Chloride ions are natural factors in marine environments that degrade structures and reduce lifespan. Therefore, it is essential to regularly monitor the condition of concrete coastal buildings to ensure timely repairs. This study aims to evaluate the performance of the power spectral density (PSD) method as a non-destructive damage-detection technique for monitoring the location and extent of damage caused by chloride ions throughout a structure’s lifespan. The study employs different approaches, including life-cycle assessment (LCA) and life-cycle cost assessment (LCCA). The conventional method calculates chloride corrosion damage based on the distance from seawater to determine the service life of each part of a coastal concrete bridge. The next stage forecasts the bridge’s concrete deterioration based on the rebar corrosion each year. The PSD method monitors the annual loss of reinforcement cross-sectional area, dynamic characteristics such as stiffness and mass changes, and the bridge structure’s lifespan using sensitivity equations and the linear-least-squares algorithm. Finally, the LCCA and maintenance and repair costs of the PSD method are compared with those of the conventional method, based on the location and severity of damage, for each year of the bridge’s life until the end of its service life. The results show that this strategy effectively reduces and optimizes the maintenance and repair costs caused by chloride corrosion.

Keywords:

Life-cycle cost assessment (LCCA); non-destructive damage-detection technique; chloride ion attack; steel corrosion; power spectral density method (PSD); concrete coastal bridge.

Reference:

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Life-cycle cost assessment using the power spectral density function in a coastal concrete bridge. Journal of Marine Science and Engineering, 11(2):433. DOI:10.3390/jmse11020433

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Ponencia invitada en CEVISAMA: Nuevas técnicas para reducir costes y mejorar la sostenibilidad de los elementos constructivos

Me complace anunciar que he sido invitado a impartir una ponencia en CEVISAMA, titulada “Nuevas técnicas para reducir costos y mejorar la sostenibilidad de los elementos constructivos”, que tendrá lugar el jueves 2 de marzo de 2023 a las 10:00 h. Esta ponencia se llevará a cabo en el Foro Cevisama Build, en el Nivel 3 del Pabellón 1 de Feria Valencia, que acogerá a numerosos profesionales y empresas del sector de la construcción sostenible y de la bioconstrucción. El programa completo del evento se puede encontrar en el siguiente enlace: https://cevisama.feriavalencia.com/actividades/programa-completo/.

Durante mi intervención, repasaré los principales logros que ha alcanzado nuestro grupo de investigación en los últimos 15 años y destacaré las posibilidades que tienen las empresas para incorporar las nuevas tecnologías y reducir los costos de producción, a la vez que mejoran la sostenibilidad de sus productos, especialmente en el sector de la construcción.

Cevisama 2023 reunirá a marcas insignia del sector cerámico, del baño y de la piedra natural, y contará con novedades como “Cevisama Tech”, un área exclusiva que mostrará las últimas soluciones en innovación y tecnología aplicadas a la industria cerámica.

En su última edición, celebrada en 2020, Cevisama reunió a más de 800 firmas y marcas y recibió la visita de 90.000 profesionales, de los cuales más de 21.000 fueron visitantes extranjeros.

Tesis doctoral: Life cycle optimization analysis of bridge sustainable development

Hoy, 13 de enero de 2023, ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Zhi Wu Zhou titulada “Life cycle optimization analysis of bridge sustainable development“, dirigida por Víctor Yepes Piqueras y Julián Alcalá González. La tesis recibió la máxima calificación de sobresaliente “cum laude”. Presentamos a continuación un breve resumen de la misma.

Resumen:

En el núcleo de la industria mundial de la construcción radica el uso excesivo de materiales, especialmente de combustibles fósiles. En esta línea de investigación, muchos investigadores y diseñadores han reducido significativamente la proporción de materiales y han minimizado la cantidad destinada al diseño en función de los criterios de investigación y las especificaciones de diseño. Teniendo en cuenta que las medidas anteriores pueden reducir los materiales de manera efectiva, es necesario investigar más a fondo algunas cuestiones: a) ¿En qué etapas del ciclo de vida de los materiales de construcción se consumen más?, b) ¿Cómo utilizar el método científico más adecuado para reducir el consumo de materiales en la fase de mayor uso?, c) ¿Cómo completar científicamente la evaluación de la optimización del consumo de materiales bajo la influencia de la superación de muchos eventos discretos y factores de influencia externos durante la etapa de diseño?, d) En la fase de construcción, ¿cómo optimizar al máximo el proceso de gestión del proyecto y lograr el mayor ahorro de material para garantizar la calidad, la seguridad y el coste?, e) ¿Cuánto material se puede ahorrar mediante la optimización del diseño y la gestión del proyecto?, f) ¿Cuál es el impacto final del sistema teórico de investigación y de los datos de análisis mencionados en el desarrollo sostenible de la industria de la construcción?
Al examinar publicaciones relevantes sobre el ciclo de vida completo de la industria de la construcción (Capítulo 2), la tesis encontró que las etapas de diseño y construcción son clave para reducir de manera efectiva el consumo de materiales. El objetivo principal de esta tesis es resolver los problemas de optimización propuestos. Mediante el establecimiento de un marco de modelo de investigación multidimensional y un modelo de optimización de gestión de proyectos sistemático, la tesis reduce el peso de varios componentes estructurales del puente estáticamente indeterminado y realiza la optimización ligera de la estructura del puente.

La tesis establece varios modelos teóricos básicos de innovación en el marco del modelo de investigación: el modelo de acoplamiento bibliométrico, el modelo matemático ComplexPlot, el modelo matemático integral multifactorial, el modelo de optimización de acoplamiento micro y macrodimensional de elementos finitos, y el modelo de evaluación de optimización de la gestión de proyectos dominó del método de la entropía. El sistema de investigación teórica supera la interferencia de la discreción del objeto de investigación, la complejidad y los factores de influencia inciertos y analiza la solidez de la evaluación y la mejora. El sistema de investigación teórica supera la interferencia de la discreción del objeto de investigación, la complejidad y los factores de influencia inciertos y consigue la solidez de la evaluación y la mejora. Asimismo, mejora ampliamente la resistencia del modelo a los factores naturales, humanos, accidentales e inciertos y el problema de la interferencia externa de las emergencias. Por último, el sistema formó un conjunto completo de modelos maduros de optimización conjunta para la prevención y el control, y alcanzó los objetivos y enfoques de la investigación.

El estudio de caso demuestra la solidez del sistema del modelo teórico establecido, que reduce el coste del ciclo de vida (LCC) = 1.081.248,68 yuanes chinos (CNY); evaluación del ciclo de vida (LCA) = 212.566,94 toneladas (t); evaluación del impacto social (SIA) = 17.783.505,12 horas de riesgo medio (Mrh) del análisis del estudio de impacto económico. Reducción del coste del ciclo de vida (LCC) = 739.612,19 yuanes chinos (CNY); Evaluación del ciclo de vida (LCA) = 278.455,12 toneladas (t); Evaluación del impacto social (SIA) = 23.262.239,52 horas de riesgo medio (Mrh) del análisis del impacto en el desarrollo sostenible. Las preguntas planteadas en esta tesis están correctamente formuladas desde la perspectiva teórica y están sólidamente respaldadas por los datos.

El valor de la investigación de esta tesis: a) llena el vacío de investigación en este campo. b) innova en una variedad de nuevos modelos teóricos de investigación. c) resuelve los problemas de discreción, incertidumbre e interferencia de factores externos en la optimización de la topología y la optimización de la gestión de proyectos. Las interferencias entre los factores externos de mutación y la sensibilidad a las emergencias se compensan y se corrigen. d) La investigación mejora la captura de datos discretos y la escasez de compensación del sistema de análisis de software Monte Carlo. En esta tesis, se aplican varios tipos de métodos avanzados de gestión de proyectos y esquemas de construcción avanzados en el caso de estudio, lo que proporciona un importante valor de referencia para la optimización de puentes estáticamente indeterminados del mismo tipo. Hay algunas dificultades para los lectores sin experiencia práctica para comprender y aplicar el modelo. El lector debe leer atentamente este caso, que también constituye una de las limitaciones de este trabajo.

La futura dirección de la investigación del autor es continuar investigando en profundidad el desarrollo sostenible de los puentes de gran tamaño, la optimización de la prevención de problemas, los materiales avanzados y la recuperación de energía renovable en el desarrollo sostenible de los puentes y otros campos.

Referencias:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Experimental Research on Diseases of Emulsified Asphalt Mortar Board for Ballastless Tracks. Journal of Materials in Civil Engineering, 35(6):04023156. DOI:10.1061/JMCEE7.MTENG-15149
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Research on Sustainable Development of the Regional Construction Industry Based on Entropy Theory. Sustainability, 14(24): 16645. DOI:10.3390/su142416645
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
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). Regional sustainable development impact through sustainable bridge optimization. Structures, 41, 1061-1076. DOI: 10.1016/j.istruc.2022.05.047
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
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2021). Life cycle assessment of bridges using Bayesian Networks and Fuzzy Mathematics. Applied Sciences, 11(11):4916. DOI:10.3390/app11114916
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2021). Environmental, economic and social impact assessment: study of bridges in China’s five major economic regions. International Journal of Environmental Research and Public Health, 18(1):122. DOI:10.3390/ijerph18010122
ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2020). Bridge Carbon Emissions and Driving Factors Based on a Life-Cycle Assessment Case Study: Cable-Stayed Bridge over Hun He River in Liaoning, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(16):5953. DOI:10.3390/ijerph17165953

Optimización de inteligencia de enjambre híbrida para puentes mixtos de bajo consumo energético

Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. Se trata del empleo de métodos de optimización de inteligencia de enjambre híbrida para puentes mixtos de acero-hormigón de bajo consumo energético. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

La optimización de puentes es un reto matemático importante, ya que hay un gran número de configuraciones posibles. En este trabajo, se han considerado la energía incorporada y el coste como funciones objetivo para optimizar vigas cajón mixtas de hormigón y acero. La energía incorporada se eligió como criterio de sostenibilidad para comparar los resultados con el coste. Para ello, se emplearon el algoritmo TAMO de búsqueda global estocástica, la búsqueda de cuco (CS) de inteligencia de enjambre y los algoritmos seno-coseno (SCA). Para que los algoritmos SCA y SC pudieran resolver el problema de optimización de puentes con variables discretas, se aplicó la discretización mediante la técnica k-means. Como resultado, se observó que SC producía valores objetivos de la función de energía comparables a los de TAMO, y reducía el tiempo de cálculo en un 25,79 %. Además, la optimización de costes y de energía reveló que cada euro ahorrado mediante metodologías metaheurísticas disminuía el consumo de energía en este problema de optimización en 0,584 kWh. Asimismo, al incluir celdas en las partes superior e inferior de las almas, se mejoró el comportamiento de la sección, así como los resultados de optimización para los dos objetivos de optimización. Este estudio concluye que el diseño de doble acción compuesta sobre apoyos hace innecesarios los rigidizadores longitudinales continuos en el ala inferior.

Abstract:

Bridge optimization is a significant challenge, given the huge number of possible configurations of the problem. Embodied energy and cost were taken as objective functions for a box-girder steel–concrete optimization problem, considering both as single-objective. Embodied energy was chosen as a sustainable criterion to compare the results with cost. The stochastic global search TAMO algorithm, the swarm intelligence cuckoo search (CS), and sine cosine algorithms (SCA) were used to achieve this goal. To allow the SCA and SC techniques to solve the discrete bridge optimization problem, the discretization technique applying the k-means clustering technique was used. As a result, SC was found to produce objective energy function values comparable to those of TAMO while reducing computation time by 25.79%. In addition, the cost optimization and embodied energy analysis revealed that each euro saved using metaheuristic methodologies decreased the energy consumption for this optimization problem by 0.584 kW·h. Additionally, by including cells in the upper and lower parts of the webs, the behavior of the section was improved, as were the optimization outcomes for the two optimization objectives. This study concludes that a double-composite action design on supports renders continuous longitudinal stiffeners in the bottom flange unnecessary.

Keywords:

Swarm intelligence; steel–concrete composite structures; bridges; optimization; metaheuristics; sustainability.

Reference:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; GARCÍA, J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2023). Hybrid swarm intelligence optimization methods for low-embodied energy steel-concrete composite bridges. Mathematics, 11(1):140. DOI: 10.3390/math11010140

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Optimización sostenible de marcos prefabricados articulados

Acaban de publicarnos un artículo en Materials, revista indexada en el primer cuartil del JCR. En este caso, se han optimizado las emisiones de CO₂ de un marco prefabricado articulado de sección en U mediante varias metaheurísticas. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El desarrollo sostenible requiere mejorar el uso de los recursos naturales. El objetivo principal de este estudio es optimizar el uso de materiales en la construcción de pórticos articulados prefabricados de hormigón armado. Para ello, se desarrolló un software propio en Python. Esto permitió calcular, verificar y optimizar la estructura mediante técnicas metaheurísticas. El coste final es una representación directa del empleo de materiales. Para ello, se aplicaron tres algoritmos para resolver la optimización económica de la estructura. Gracias a los algoritmos de recocido simulado, de aceptación de umbrales y del solterón, se obtuvieron diseños sostenibles y no tradicionales. Estos aprovechan al máximo los recursos naturales, manteniendo un coste final muy bajo. Para evaluar la mejora del impacto ambiental, se estudiaron las emisiones de dióxido de carbono y se compararon con las de una estructura de hormigón armado in situ de referencia. Los resultados mostraron diseños con una losa superior y muros laterales de menor profundidad y un refuerzo pasivo denso. Con ellos, se consiguió reducir el coste final de la estructura hasta en un 24 %, así como las emisiones asociadas en más de un 30 %.

Marco prefabricado articulado. https://forte.es/productos/marcos-articulados/

Abstract:

Sustainable development requires improvements in the use of natural resources. The main objective of the present study was to optimize material use in the construction of reinforced concrete precast hinged frames. Proprietary software was developed in Python. This enabled the structure’s calculation, verification, and optimization through the application of metaheuristic techniques. The final cost is directly determined by the materials used. Thus, three algorithms were applied to optimize the frame’s economic design. By applying simulated annealing, threshold accepting, and old bachelor’s acceptance algorithms, sustainable, non-traditional designs were achieved. These make optimal use of natural resources while keeping final costs highly restricted. Carbon-dioxide-associated emissions were studied and compared with those of a reference cast-in-place reinforced concrete frame to evaluate improvements in environmental impact. The results showed that designs with reduced upper slab and lateral wall depths, and with dense passive reinforcement, were preferred. These reduced the final cost of the structure by up to 24% and the associated emissions by over 30%.

Keywords:

Reinforced concrete; precast; hinged frame; metaheuristic; optimization; sustainability.

Reference:

RUIZ-VÉLEZ, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Optimal design of sustainable reinforced concrete precast hinged frames. Materials, 16(1):204. DOI:10.3390/ma16010204.

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