Hoy lunes 30 de marzo de 2015 se ha defendido con éxito la tesis doctoral de la profesora Cristina Torres Machí denominada «Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre», que optaba a la doble titulación de doctorado, tanto de la Universitat Politècnica de València (UPV) como de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC). Los directores de tesis han sido la doctora Marcela Alondra Chamorro Gine (PUC), Eugenio Pellicer Armiñana (UPV) y Víctor Yepes Piqueras (UPV). La calificación ha sido la máxima posible, de sobresaliente «cum laude» por unanimidad.
Os paso el resumen de la tesis:
«A pesar de la importancia de las infraestructuras en el desarrollo económico y social, los recursos disponibles para su conservación suelen ser insuficientes, generando un deterioro acelerado de las mismas. En este contexto surge la disciplina de gestión de activos de infraestructura, que busca optimizar la asignación de recursos para la gestión, operación y conservación de la infraestructura mediante un análisis de su ciclo de vida.
Los criterios tradicionalmente empleados para evaluar las alternativas de conservación han sido los técnicos y económicos. Si bien, recientemente, se han realizado esfuerzos para cuantificar el impacto ambiental; los modelos actuales carecen de un enfoque integrado. Surge así la oportunidad de desarrollar una evaluación sostenible que integre los aspectos técnicos, económicos y ambientales en el ciclo de vida de la infraestructura.
En relación a la asignación óptima de recursos, los métodos mayoritariamente empleados son los de programación matemática y los métodos de optimización aproximada. Dentro de estos últimos, las aplicaciones de algoritmos heurísticos resultan escasas, limitándose a resolver el problema a nivel de proyecto. Estos métodos, sin embargo, han sido exitosamente aplicados para resolver problemas de optimización combinatoria en otros campos de investigación. A esto hay que añadir que las aplicaciones desarrolladas se centran, mayoritariamente, en la optimización de un único objetivo; obviando la naturaleza multiobjetivo del problema real. Se detecta, por tanto, la oportunidad de desarrollar una herramienta de optimización heurística multiobjetivo que, considerando una evaluación sostenible de alternativas, mejore la asignación actual de recursos.
A la vista de estos antecedentes, el objetivo principal de esta investigación consiste en desarrollar una herramienta para la evaluación de alternativas de conservación y la optimización heurística multiobjetivo, que permita una asignación más sostenible y eficiente de los recursos disponibles para la conservación de redes de activos de infraestructura de transporte terrestre. La herramienta propuesta se aplica a un caso de estudio real que consiste en la gestión de una red de pavimentos urbanos en Chile.
De la aplicación de la herramienta de optimización al caso de estudio se concluye que los algoritmos heurísticos basados en búsquedas por entornos resultan poco eficientes para resolver el problema de asignación de recursos de conservación. Ante esta limitación, se desarrolla un nuevo método híbrido que considera los algoritmos GRASP (Greedy Randomized Adaptative Search Procedure), GLS (Guided Local Search) y GFB (Greedy First Best). Además, el método propuesto permite evaluar las alternativas de conservación considerando, de forma integrada, criterios técnicos, económicos y ambientales.
El algoritmo híbrido propuesto diseña programas de conservación con una efectividad media un 9% superior a la obtenida con el algoritmo de búsqueda por entornos más eficaz, requiriendo para ello un menor esfuerzo computacional. En la aplicación al caso de estudio chileno, se observa que el algoritmo híbrido mejora la gestión actual, aumentando en un 22% la condición media de la red y reduciendo, además, las emisiones de CO2 en un 12%.
En términos prácticos, los programas óptimos consideran una política proactiva, en la que los pavimentos se tratan cuando la condición de los mismos aún es buena. Por último, la herramienta propuesta mejora la planificación temporal de los recursos. En base a las evidencias demostradas en el caso de estudio, se concluye que la distribución temporal del presupuesto es un factor clave en el desempeño técnico y ambiental de la red».
Palabras Clave: Sostenibilidad; sustentabilidad; análisis del ciclo de vida; gestión de infraestructura; conservación; preservación.
Deterioro prematuro del hormigón. Imagen: V. Yepes
La durabilidad de las construcciones es uno de los aspectos clave que preocupa y seguirá preocupando a los técnicos en las próximas décadas. Tras un crecimiento masivo en el sector de la construcción, surgen problemas tan serios como el mantenimiento y la sostenibilidad de las infraestructuras, con el fin de alcanzar los indicadores mínimos de servicio que permitan un uso seguro y adecuado de las mismas. Estamos inmersos, de hecho, en una verdadera «crisis de las infraestructuras», fuertemente relacionada con la crisis financiera, económica, social y ética que nos envuelve en este momento. Todo ello, como podemos ver, está relacionado con la durabilidad, tal y como se expuso en una tesis de máster que dirigí recientemente (Esteve, 2015). Para hablar de los factores que afectan a la durabilidad, primero hay que definir el concepto de durabilidad según la normativa y según diversos autores, así como los conceptos de vida útil, final de la vida útil y rendimiento. También se definen otros conceptos que aparecen en el estudio, como «vulnerabilidad» y «mantenibilidad».
Cayo Julio Lacer, y la leyenda «que durará tanto cuanto el mundo durare», constituye la lección más importante para los ingenieros siempre que se visita el puente de Alcántara (Cáceres).
Durabilidad
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la durabilidad de una estructura de hormigón como “su capacidad para soportar, durante la vida útil para la que ha sido proyectada, las condiciones físicas y químicas a las que está expuesta, y que podrían llegar a provocar su degradación como consecuencia de efectos diferentes a las cargas y solicitaciones consideradas en el análisis estructural. Una estructura durable debe conseguirse con una estrategia capaz de considerar todos los posibles factores de degradación y actuar consecuentemente sobre cada una de las fases de proyecto, ejecución y uso de la estructura”.
En la norma ISO 15686-1 se define la durabilidad como “la capacidad de los edificios o alguna de sus partes para desenvolver el papel para el cual fueron diseñados durante un período específico bajo la influencia de determinados agentes”.
El concepto de durabilidad también puede ser entendido como la “habilidad que un edificio o componente de un edificio tiene para alcanzar el rendimiento óptimo de sus funciones en un determinado ambiente o sitio, bajo un determinado tiempo sin realizar trabajos de mantenimiento correctivo ni reparaciones” (CSA, 2001).
Algunos autores han intentado ofrecer una definición de durabilidad más completa, teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la durabilidad como “la capacidad de un material de construcción, elemento o estructura de hormigón de resistir las acciones físicas, químicas, biológicas y ambientales vinculadas al efecto del cambio climático global con su entorno durante un tiempo determinado previsto desde el proyecto, manteniendo su serviceabilidad y conservando su forma original, propiedades mecánicas y condiciones de servicio”. Se entiende por «serviceabilidad» (sic) como la capacidad de un producto, componente, ensamble o construcción para desempeñar las funciones para las cuales son diseñadas y construidas (ACI, 2000).
Vida útil
La Instrucción de Hormigón Estructural (EHE-08) define la vida útil de una estructura como el “período de tiempo, a partir de la fecha en la que finaliza su ejecución, durante el que debe mantenerse el cumplimiento de las exigencias. Durante ese período requerirá una conservación normal, que no implique operaciones de rehabilitación. La vida útil nominal depende del tipo de estructura y debe ser fijada por la Propiedad previamente al inicio del proyecto”. En esta instrucción, se emplea el término “vida útil” de forma equivalente a como lo hace el Código Técnico de la Edificación cuando hace referencia al “período de servicio”.
Acueducto de los Milagros (Mérida)
En la norma ISO 15686-1 se define la vida útil de un edificio como “el período de tiempo después de la instalación o construcción durante el cual un edificio o sus partes cumplen o exceden los requisitos mínimos de rendimiento para lo cual fueron diseñados y construidos”.
Muchas veces el concepto de vida útil es confundido con el de durabilidad. Según Silva (2001), puede considerarse que la vida útil es la cuantificación de la durabilidad, y por tanto es cada vez más importante que se proyecte y construya teniendo en cuenta criterios de durabilidad para, de ese modo, prolongar la vida útil de las edificaciones.
Algunos autores han propuesto una definición de vida útil o vida de servicio teniendo en cuenta los efectos actuales del cambio climático. Es el caso de Mendoza y Castro (2009), que definen la vida de servicio como el “periodo de tiempo durante el cual el desempeño de un material, elemento o estructura de hormigón conserva los requerimientos de proyecto en términos de seguridad (resistencia mecánica y estabilidad, seguridad en caso de incendio, seguridad en uso), funcionalidad (higiene, salud y medio ambiente, protección contra el ruido y ahorro energético y confort térmico) y estéticos (deformaciones, agrietamientos, desconchamientos), con un mínimo de mantenimiento que permita controlar los efectos del cambio climático global en su entorno”.
Fin de la vida útil
Es difícil determinar cuándo se produce el final de la vida útil de una edificación. Según autores como Talon et al. (2004) “el final de la vida útil llega cuando los materiales o componentes de construcción, una vez instalados y construidos, usados y aplicados a una parte del inmueble, ya no responden a los requerimientos de rendimiento; y cuando por sus fallos físicos ya no es conveniente económicamente seguir con un mantenimiento correctivo para dichos componentes”.
¿Cuál será la vida útil de nuestras modernas infraestructuras? Ciudad de las Artes y las Ciencias (Valencia). Imagen: V. Yepes
Por su parte, otros autores como Gaspar (2002) definen el final de la vida útil de una construcción como un “punto en el tiempo en el cual ésta deja de poder asegurar las actividades que en ella se desarrollan, por obsolescencia funcional, falta de rentabilidad económica o degradación física de sus componentes más determinantes”.
En definitiva, el final de la vida útil se dará cuando los requisitos esenciales dejen de cumplirse. Los requisitos esenciales establecidos en el Código Técnico de la edificación son:
Seguridad estructural.
Seguridad en caso de incendio.
Seguridad de utilización y accesibilidad.
Higiene, salud y protección del medio ambiente.
Protección frente al ruido.
Ahorro de energía.
En la siguiente gráfica, elaborada por Ferreira (2009), se muestra cómo el fin de la vida útil está condicionado por los criterios de seguridad, funcionalidad y aspecto. La seguridad es el criterio más importante, por lo que su nivel de exigencia es superior al de los otros dos. No obstante, en ocasiones el fin de la vida útil puede verse condicionado solo por criterios estéticos o funcionales, como muestra la siguiente figura:
Degradación de las diferentes propiedades de un elemento constructivo (Ferreira, 2009)
Rendimiento
El rendimiento, según la definición de Trinius (2005), “es la capacidad del material para cumplir con sus funciones dentro del sistema edificado, y se puede medir tanto cuantitativamente como cualitativamente, dependiendo de los requerimientos de diseño y de las condiciones de la fase de uso, operación y mantenimiento del inmueble”.
Por su parte, el British Standards Institute define el rendimiento de una edificación como el comportamiento de un producto durante su utilización.
Tal como establece Mairteinsson (2005), tanto la vida útil como el rendimiento dependerán directamente de los factores de uso del material, no solamente de manera aislada, sino de manera integrada al edificio como parte de un sistema completo.
Vulnerabilidad
La vulnerabilidad, según es entendida por Monjo (2007), “es el conjunto de debilidades (procesos patológicos posibles) que presenta un elemento constructivo al quedar expuesto a las acciones exteriores previsibles durante su vida útil”. La vulnerabilidad depende de la calidad del elemento constructivo, es decir. De sus características físicas y químicas, así como de la solución constructiva empleada. Puede considerarse la inversa de la durabilidad.
Según este autor, la durabilidad de un producto de construcción debe establecerse en función del análisis de su vulnerabilidad, y dicha vulnerabilidad depende de una serie de condiciones objetivas que afectan al elemento constructivo:
La función constructiva del elemento en el edificio.
Las acciones externas que actúan sobre el elemento constructivo.
La calidad del producto
Mantenibilidad
La norma ISO/IEC 2382-14 define la mantenibilidad como “la habilidad de una unidad funcional, bajo unas condiciones de uso dadas, para ser mantenidas, o restauradas a un estado en el cual puedan realizar sus funciones requeridas, cuando el mantenimiento es ejecutado bajo condiciones establecidas y utilizando procedimientos y recursos prescritos”.
Por su parte, Chew y Silva (2003) expresan el término mantenibilidad como la habilidad de lograr el rendimiento óptimo a través de la vida útil del edificio con un mínimo coste de ciclo de vida.
Referencias:
ACI American Concrete Institute. (2000). Reported by ACI Committee 365 (365.1R-00), Service-Life Prediction, State-of-the-Art Report.
Chew, M. Y. L.; De Silva, N. (2003). Maintainability problems of wet areas in high-rise residential buildings. Building Research and Information, 31(1), 60-69.
CSA Canadian Standards Association. (2001). Guideline on Durability in buildings. Canadá, S478-95, 9-17.
Esteve, V.F. (2015). Estado del arte de los factores que afectan a la durabilidad de las edificaciones. Trabajo Fin de Máster. Máster en planificación y gestión de la ingeniería civil. Universitat Politècnica de València.
Ferreira, A. F. (2009). Previsão da vida útil de revestimentos de pedra natural de paredes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
Gaspar, P. L. (2002). Metologia para o cálculo da durabilidade de rebocos exteriores correntes. Instituto Superior Técnico. Lisboa: Universidad Técnica de Lisboa.
ISO 15686:2011. (2011). ISO (Ed.), Buildings and constructed assets, service life planning.
Marteinsson, B. (2005). Service life estimation in the design of buildings; a development of the factor method. Tesis Doctoral, KTH Research School, Centre for Built Environment, University of Gävle, Suecia.
Mendoza, J. M., Castro, P. (2009). Credibility of concepts and models about service life of concrete structures in the face of the effects of the global climatic change. A critical review. Materiales de construcción, 59(276), 117-124.
Monjo, J. (2007). Durability vs Vulneravility. Informes de la construcción, 59(507), 43-58.
Silva, T. (2001). Como estimar a vida útil de estruturas projetadas com critérios que visam a durabilidade. II Workshop sobre Durabilidad de las Construcciones, Sao José dos Campos, Brasil, 133-143.
Talon, A., Boissier, D., Chevalier, J. L., & Hans, J. (2004). A methodological and graphical decision tool for evaluating building component failure. CIB World Building Congress, Toronto, Canadá.
Trinius, W. (2005). Performance based building and sustainable construction. CEN Construction Sector Network Conference, Prague.
La motivación de los consumidores de los espacios rurales influye decisivamente en la caracterización de la oferta, de forma que la satisfacción de sus expectativas y necesidades se convierte en una de las herramientas necesarias para la supervivencia de estas empresas (Yepes, 2000). Los turistas buscan un contacto directo con las tradiciones culturales, la familiaridad y el trato cercano, así como una atención personalizada. Además, ese regreso al entorno rural como contrapunto al ambiente urbano, implica satisfacer un mayor contacto con la naturaleza, el deseo de tranquilidad, y la oferta de una alimentación sana basada en productos “típicos”. Del mismo modo, son las motivaciones del turista las que demandan atributos de calidad en los productos y los servicios relacionados con el confort, la calidez en la acogida y la autenticidad en la experiencia turística.
Sin embargo, la mera satisfacción de los gustos, deseos y necesidades de los consumidores turísticos en los espacios rurales no garantiza la sostenibilidad de esta actividad. Existen numerosos ejemplos, tanto en ámbitos costeros como urbanos, donde el desarrollo de una oferta guiada exclusivamente por la demanda, al carecer de toda planificación, compromete la subsistencia de la actividad en el medio y largo plazo. En este sentido, ¿la calidad garantiza la sostenibilidad? Desde esta perspectiva la respuesta es negativa. Por tanto, es indispensable reformular el concepto de gestión de la calidad para garantizar el mantenimiento de la actividad turística (Yepes, 2003). Continue reading «¿La calidad garantiza la sostenibilidad? El turismo en espacios rurales»→
Resumen: Las infraestructuras de transporte terrestre y particularmente la infraestructura vial son fundamentales en el desarrollo económico y social. El nivel de calidad percibido por el usuario viene determinado, principalmente, por el pavimento. A nivel mundial se invierte anualmente más de 400 mil millones de dólares en la construcción y el mantenimiento de pavimentos; tareas que aumentan en un 10% el impacto ambiental generado por la circulación de vehículos. Surge así la necesidad de incorporar un enfoque sostenible en la evaluación de alternativas de conservación que considere aspectos técnicos, económicos, medioambientales, políticos e institucionales de forma integrada y armónica a lo largo de su ciclo de vida. La presente investigación tiene por objeto estudiar los modelos y prácticas en la evaluación económica y ambiental de pavimentos para analizar las ventajas y las limitaciones de la práctica actual e identificar oportunidades para mejorar su gestión sostenible. Una de las principales limitaciones identificadas es la escasez de modelos que consideren de forma integrada los aspectos económicos y ambientales. Se detecta la necesidad de modelos que consideren el efecto sobre los usuarios en zonas de trabajo así como el uso de nuevas tecnologías y materiales reciclados más respetuosos con el medio ambiente.
Palabras clave: Evaluación del ciclo de vida, administración de activos, pavimentos, sostenibilidad.
Referencia: TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; YEPES, V.; PELLICER, E.; (2014). Current models and practices of economic and environmental evaluation for sustainable network-level pavement management. Revista de Construcción, 13(2): 49-56.
Víctor Yepes, José V. Martí y Tatiana García, investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón de la Universitat Politècnica de València (ICITECH-UPV), han desarrollado una metodología que permite minimizar las emisiones de dióxido de carbono (CO₂) y los costes de los puentes de carretera de vigas de hormigón – en concreto, los de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U – a partir de la simulación con ordenador, a la hora del diseño de la infraestructura, del comportamiento social de las luciérnagas
Las luciérnagas se comportan de forma inteligente como colectivo, y basan su comportamiento social en la luminosidad que emiten (luciferina), generando patrones válidos cuando se trasladan al diseño de puentes de carretera de vigas de hormigón.
«Su característica más distintiva es el cortejo nocturno», explica Víctor Yepes. «Los machos patrullan en busca de pareja con un vuelo característico, mientras emiten secuencias de destellos de luz propios de cada especie a las que las hembras de la misma pueden responder con destellos específicos, dando lugar al apareamiento».
«Cada luciérnaga selecciona», prosigue Yepes, «utilizando un mecanismo probabilístico, un vecino que tiene un valor más alto de luciferina que el suyo propio, y se mueve hacia él. Trasladando este comportamiento al diseño de los puentes, se han conseguido ahorros significativos con respecto al diseño de puentes reales».
Reducción muy significativa también de las emisiones de CO₂
Además, los resultados indican que, de media, la reducción de cada euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 kg en emisiones de CO₂, un dato de gran importancia cara a la reducción de gases de efecto invernadero, responsables del calentamiento global del planeta.
Metodología desarrollada a partir de un algoritmo híbrido de optimización y el recocido simulado
En el desarrollo de la nueva metodología, los investigadores han empleado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glow worm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), denominado SAGSO.
«En este algoritmo», comenta Yepes, «la estructura del puente se define a partir de 40 variables, que incluyen los tipos de materiales y las armaduras de la viga y la losa. El algoritmo considera cada puente como una luciérnaga, de forma que un puente de menor coste o emisiones presenta un mayor valor de luciferina, es decir, resulta más prometedor en la búsqueda de mejores soluciones. Este principio permite optimizar al máximo su diseño»
Eficacia probada en la simulación de diseño de un puente en la autovía del Mediterráneo
Para comprobar la eficacia de esta nueva metodología, los investigadores del ICITECH-UPV la aplicaron a la simulación de diseño de un puente real, el viaducto 1 del tramo Muro de Alcoy-Puerto de Albaida del proyecto de construcción de la autovía del Mediterráneo.
«Aplicando nuestra metodología, el coste total del puente optimizado habría sido un 50% más barato, sin merma de calidad o seguridad»; concluye Yepes. Este trabajo se enmarca dentro del proyecto HORSOST, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad.
Os dejo la entrevista que nos hicieron al respecto en Radio Nacional de España, Comunidad Valenciana.
Agradecimientos: Los autores agradecen el aporte financiero realizado para este trabajo por parte del Ministerio de Ciencia e Innovación (Proyecto de Investigación BIA2011-23602).
En este trabajo se describe una metodología para minimizar las emisiones de CO₂ y los costes de puentes de carretera de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se ha denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 Kg en emisiones de CO₂. Además, el estudio paramétrico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.
Resultados interesantes:
El coste C, en euros, y las emisiones de CO₂, en kg varían de forma parabólica con la luz (L) del vano, en metros:
C=48.088L2+613.99L+31139
kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328
Si se minimiza el coste, también se reducen las emisiones de CO₂, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO₂.
La esbeltez de los puentes de mínimo coste (L/18.08) y de mínimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
Las estructuras de coste mínimo precisan 42,35 kg/m² de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitarían 37,04 kg/m².
Sorprende observar que, aunque parece que el hormigón de alta resistencia sería el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras óptimas se alejan de este supuesto. De hecho, el hormigón para el coste mínimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permitía la optimización.
Por último, un análisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero haría que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y no variaría apenas el volumen consumido de hormigón.
Referencia:
YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA-SEGURA, T. (2014). 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 (link)
By retocada por Yeza de la versión original de Alonsoquijano [Public domain], from Wikimedia Commons
El propósito de este artículo es presentar la optimización multiobjetivo como herramienta para el estudio de la sostenibilidad de los hormigones autocompactantes. Se toma como ejemplo una viga en doble T de hormigón de 15 m de luz definida por 20 variables. Una variable recoge ocho posibles dosificaciones del hormigón. Cuatro hormigones convencionales CC y cuatro hormigones autocompactantes SCC representan cuatro clases resistentes. Se utiliza el algoritmo recocido simulado multiobjetivo «Multiobjective Simulated Annealing» (MOSA) para optimizar el coste, las emisiones de CO₂ y la durabilidad. Los resultados muestran la viabilidad económica de las reducciones de las emisiones de CO₂ y de las mejoras en durabilidad. Además, las soluciones con menor coste y emisión anual emplean hormigón autocompactante. Los resultados proporcionan al proyectista estructural criterios para elegir soluciones más sostenibles.
REFERENCIA
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Optimización multiobjetivo para el estudio de la sostenibilidad del hormigón autocompactante. VI Congreso de ACHE, 3-5 de junio, Madrid. ISBN: 978-84-89670-80-8.
PALABRAS CLAVE
Sostenibilidad, autocompactante, optimización, multiobjetivo, viga en doble T.
In recent decades, with the objective of reaching a more sustainable development, worldwide society has increased its concern about environmental protection. Nevertheless, there are still economic sectors, such as the construction industry, which produce significant environmental impacts. Life Cycle Assessment (LCA) is a tool that enables identifying environmental issues related to both finished products and services, and allows focusing efforts to resolve them. The main objective of this paper is to asses LCA applicability on concrete structures so that construction’s environmental performance can be improved. For this purpose, an attempt is made to provide a decision-making tool for construction-sector stakeholders with reliable and accurate environmental data. The research methodologies used in this paper are based on a literature review and are applied to a case study. This review was performed to collect information on LCA methodologies currently in use and their practical application. The case study subsequently described in this paper involved identification of the most sustainable type of slab for a reinforced concrete structure in a residential building, using two different databases. It was observed that, depending on the database selected and inherent assumptions, results varied. Therefore it was concluded that in order to avoid producing incorrect results when applying LCA, it is highly recommended to develop a more constrained methodology and grant access to reliable construction-sector data. (link)
La Naturaleza es más sabia de lo que sospechamos. Quién diría a un ingeniero estructural que una simple luciérnaga sería capaz de sonrojarle e incluso enseñarle trucos para diseñar puentes, no solo más baratos, sino también más respetuosos con el medio ambiente. Pues bien, no solo es cierto, sino que es podemos aprender del comportamiento social de las luciérnagas para optimizar estructuras. Efectivamente, las luciérnagas se comportan como colectivo de forma inteligente. Las luciérnagas basan su comportamiento social en la luminosidad que emiten (luciferina). La característica más distintiva de las luciérnagas es su cortejo nocturno. Los machos patrullan en busca de pareja con un vuelo característico mientras emiten secuencias de destellos de luz característicos de cada especie. Las hembras de la misma especie pueden responder con destellos específicos y así el apareamiento puede ocurrir. En resolución de problemas, la luminosidad de una luciérnaga depende de la calidad de la solución encontrada y la distancia desde donde las otras compañeras están buscando soluciones. Cada luciérnaga selecciona, utilizando un mecanismo probabilístico, un vecino que tiene un valor más alto de luciferina que su propio y se mueve hacia él. De esta forma, se pueden optimizar puentes.
Dentro del proyecto de investigación HORSOST, nos acaban de aceptar un artículo científico en la revista Automation in Construction, que es una revista de primer nivel en el ámbito de la tecnología de la construcción (Factor de impacto en 2013: 1,822, posición 9 de 58 en el ámbito de Construction & Building Technology, y posición 19 de 124 en el ámbito de Civil Engineering, en función del impacto de las revistas indexadas en el JCR).
En este trabajo se describe una metodología para minimizar las emisiones de CO2 y los costes de puentes de carretera de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U. Para ello se ha utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), que se ha denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determina la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante en la fabricación de las vigas. Los resultados suponen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 kg en emisiones de CO₂. Además, el estudio paramétrico realizado muestra que las soluciones de menor coste presentan un resultado medioambiental satisfactorio, que difiere en muy poco respecto a las soluciones que provocan menores emisiones.
Resultados interesantes:
El coste C, en euros, y las emisiones de CO₂, en kg varían de forma parabólica con la luz (L) del vano, en metros:
C=48.088L2+613.99L+31139
kgCO2=63.418L2+2392.3L+13328
Si se minimiza el coste, también se reducen las emisiones de CO₂, de forma que el ahorro en 1 euro equivale a ahorrar 1,75 kg de CO₂.
La esbeltez de los puentes de mínimo coste (L/18.08) y de mínimas emisiones (L/17,57) siempre son inferiores a L/17.
El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, oscilando entre 5,65 y 5,95 m.
Las estructuras de coste mínimo precisan 42,35 kg/m² de armadura pasiva, mientras que si se optimizan las emisiones, se necesitarían 37,04 kg/m².
Sorprende observar que, aunque parece que el hormigón de alta resistencia sería el adecuado para el prefabricado de las vigas, las estructuras óptimas se alejan de este supuesto. De hecho, el hormigón para el coste mínimo en las vigas prefabricadas oscila entre 40 y 50 MPa, alejado de los 100 MPa que permitía la optimización.
Por último, un análisis de sensibilidad de costes en los resultados optimizados indica que un aumento del 20% en los costes del acero haría que el coste total de la estructura aumentara un 10,27%, disminuyendo el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y no variaría apenas el volumen consumido de hormigón.
Referencia:
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 (link)
Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
Creo interesante comentar en este post los resultados que estamos obteniendo de un Proyecto de Investigación financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación que nuestro grupo de investigación llama HORSOST. Su nombre completo describe el contenido del trabajo que estamos desarrollando: «Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos«.
Se trata de un proyecto que empezamos en el año 2012 y que tiene prevista su finalización a finales del 2014. Nuestro grupo de investigación está formado por seis profesores y varios becarios de investigación del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia. En dicho grupo me corresponde el papel de investigador principal. Espero que esta breve descripción os oriente sobre lo que estamos haciendo.
Este proyecto de investigación se encuentra relacionado con otros ya finalizados y otros en marcha, tanto de convocatorias competitivas como de convenios de transferencia tecnológica con empresas (constructoras, empresas de prefabricados, consultoras, etc.).
Hoy lunes 30 de marzo de 2015 se ha defendido con éxito la tesis doctoral de la profesora Cristina Torres Machí denominada «Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre», que optaba a la doble titulación de doctorado, tanto de la Universitat Politècnica de València (UPV) como de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC). Los directores de tesis han sido la doctora Marcela Alondra Chamorro Gine (PUC), Eugenio Pellicer Armiñana (UPV) y Víctor Yepes Piqueras (UPV). La calificación ha sido la máxima posible, de sobresaliente «cum laude» por unanimidad.
