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Environmental Assessment of Concrete Structures

In recent decades, with the objective of achieving more sustainable development, the global community has increased its concern for 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 assess LCA applicability on concrete structures so that the construction’s environmental performance can be improved. For this purpose, an attempt is made to provide construction-sector stakeholders with a decision-making tool based on reliable, 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 conducted to gather information on LCA methodologies currently in use and their practical applications. The case study described in this paper involved identifying the most sustainable slab type for a reinforced concrete structure in a residential building, using two databases. It was observed that, depending on the selected database and the inherent assumptions, results varied. Therefore, it was concluded that, to avoid incorrect results when applying LCA, it is highly recommended to develop a more constrained methodology and to grant access to reliable construction-sector data. (link)

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¿Cómo nos enseñan las luciérnagas a diseñar puentes?

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 de 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 también podemos aprender del comportamiento social de las luciérnagas para optimizar estructuras. Efectivamente, las luciérnagas se comportan como un 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 propias de cada especie. Las hembras de la misma especie pueden responder con destellos específicos y así el apareamiento puede ocurrir. En la resolución de problemas, la luminosidad de una luciérnaga depende tanto de la calidad de la solución encontrada como de la distancia desde donde las otras compañeras buscan soluciones. Cada luciérnaga selecciona, mediante un mecanismo probabilístico, un vecino con un valor de luciferina más alto que el suyo y se mueve hacia él. De esta forma, se pueden optimizar los 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 los 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 annealing, SA), denominado SAGSO. La estructura se define por 40 variables, que determinan la geometría, los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. Se emplea hormigón de alta resistencia autocompactante para la fabricación de las vigas. Los resultados constituyen para los ingenieros proyectistas una guía útil para el predimensionamiento de puentes prefabricados de este tipo. Además, los resultados indican que, en promedio, una reducción de 1 euro en costes permite ahorrar hasta 1,75 kg de 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 es inferior a L/17.
El espaciamiento entre las vigas se sitúa en torno a 5,85 m, con un rango de 5,65 a 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 el hormigón de alta resistencia parece ser 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%, lo que disminuiría el volumen de acero empleado. Sin embargo, si sube un 20% el precio del hormigón, el coste total únicamente subiría un 3,41% y apenas variaría el volumen de hormigón consumido.

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)

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HORSOST: Un proyecto de investigación sobre sostenibilidad y estructuras

2013-05-03 09.20.32 — Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)

Creo que es 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 iniciamos en 2012 y cuya finalización está prevista para finales de 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.).

El objetivo fundamental del proyecto de investigación HORSOST consiste en establecer pautas de diseño eficiente de estructuras de hormigón no convencional, optimizadas heurísticamente mediante funciones multiobjetivo relacionadas con la sostenibilidad. Se pretende avanzar en el establecimiento de nuevos diseños que permitan extraer las ventajas que aportan los hormigones especiales, en particular hormigones de alta resistencia, hormigones con fibras, hormigones autocompactantes. Para ello, se utiliza el análisis del ciclo de vida de dichas estructuras (elaboración, transporte, procedimientos constructivos, mantenimiento, etc.), considerando aspectos energéticos, medioambientales, sociales y económicos. La optimización heurística permite evaluar los diseños más eficientes, comparar soluciones y generar bases de datos sobre las cuales aplicar herramientas procedentes de la minería de datos y del aprendizaje automático para extraer información no trivial que permita fórmulas de predimensionamiento. La posibilidad de análisis se debe a que las herramientas matemáticas empleadas son de carácter general. Se aplican técnicas como las redes neuronales o la teoría del valor extremo, además de otras herramientas más habituales, como la regresión lineal múltiple o el análisis por componentes principales.

INTRODUCCIÓN

Las evidencias del cambio climático actual, entre otras, han provocado una creciente preocupación por la sostenibilidad [1]. Ello ha impulsado la investigación en aspectos de sostenibilidad en el ámbito de la construcción. Así, se han desarrollado indicadores [2] y se han elaborado bases de datos que miden el impacto ambiental de los materiales [3,4], las cuales han servido en algunas investigaciones para reducir las emisiones de CO₂ en estructuras [5,6]. Sin embargo, la sostenibilidad requiere considerar aspectos energéticos, medioambientales, sociales y económicos que deben abarcar todo el ciclo de vida de la estructura [7]. Un antecedente fue el Modelo Integrado de Cuantificación de Valor de un Proyecto Constructivo Sostenible: Aplicación a la Edificación Industrial y de Servicios (MIVES) y MIVES II, que abordaron la sostenibilidad mediante el análisis de valor aplicado a diversos ámbitos [8], y que fueron el punto de partida para el Anejo 13 de la actual EHE.

La disponibilidad de ordenadores de elevada potencia de cálculo, junto con el desarrollo de técnicas de análisis inteligente, ha permitido el avance en el diseño de estructuras óptimas [9-11]. Se ha insistido en la necesidad de optimizar estructuras reales, constatándose la escasez de optimización del hormigón estructural frente a las estructuras metálicas. La optimización [12] puede realizarse desde numerosos puntos de vista (geométricos, topológicos, seccionales, etc.). Además de los métodos basados en la programación matemática [13], el problema de optimización puede abordarse mediante técnicas metaheurísticas y bioinspiradas, tales como los algoritmos genéticos, el recocido simulado, las colonias de hormigas o las redes neuronales, entre otras [14,15]. Recientemente, el trabajo desarrollado por nuestro grupo ha reducido el coste de estructuras reales [16-28].

Sin embargo, la optimización ha requerido un intenso trabajo de investigación para extraer conclusiones aplicables a la realidad de las obras. Una forma que tiene el ingeniero para avanzar en el diseño de estructuras óptimas es difundir fórmulas de predimensionamiento [26,28]. Pues bien, para mejorar los diseños de las estructuras, es posible extraer información no trivial de bases de datos de estructuras óptimas mediante la inteligencia artificial.

El descubrimiento de conocimiento en bases de datos (“Knowledge Discovery from Databases”, KDD) constituye un área en la que se realizan muchos esfuerzos, tanto en metodología como en investigación. En este contexto, la minería de datos constituye un conjunto de herramientas empleadas para extraer información no trivial que reside implícitamente en los datos [29]. Mediante este tipo de técnicas se pueden solucionar problemas de predicción, clasificación y segmentación [30]. Algunas de sus herramientas más representativas son las redes neuronales, las máquinas de soporte vectorial, los árboles de decisión, los modelos estadísticos avanzados multivariantes y los diseños de experimentos y el agrupamiento o “clustering”. Estas herramientas construyen modelos abstractos a partir de datos basándose en métodos de aprendizaje automático “machine learning”.

Por otra parte, la investigación sobre hormigones no convencionales constituye una de las líneas de investigación relevantes relacionadas con los nuevos materiales de construcción. Sus propiedades permiten mejorar las prestaciones y la durabilidad, lo cual se relaciona con la sostenibilidad de su uso. Así, el refuerzo con fibras (HRF) reduce la fisuración y mejora la durabilidad al impedir el acceso de agua y de contaminantes [31]. Sin embargo, razones económicas han llevado al empleo de fibras sólo en casos puntuales, cuando existen beneficios adicionales relativos a la mano de obra, la durabilidad o la congestión del refuerzo [32]. El hormigón autocompactante (HAC) ha mejorado significativamente la tecnología del hormigón al conseguir estructuras más duraderas, mejorar la producción y los procesos constructivos, y facilitar el diseño de elementos complejos y los acabados. Ello se consigue mediante dosificaciones que modifican las propiedades mecánicas respecto al hormigón convencional [33]. Todo ello abre horizontes inexplorados, donde una simple optimización económica de las estructuras haría inviable el empleo de muchos hormigones especiales, pero donde una visión más amplia que contemple criterios de sostenibilidad y análisis del ciclo de vida puede cambiar la perspectiva respecto de su empleo.

Hipótesis de partida y objetivos del proyecto

El objetivo fundamental de HORSOST consiste en establecer criterios de diseño eficientes basados en el análisis del ciclo de vida de estructuras de hormigón no convencional, aplicando, para ello, técnicas procedentes de la inteligencia artificial y la minería de datos a amplios conjuntos de estructuras optimizadas heurísticamente bajo objetivos múltiples de sostenibilidad (ahorro energético y de recursos naturales, aspectos ambientales, sociales y económicos).

Hipótesis de partida

a) Es posible mejorar los diseños de las estructuras de hormigón mediante pautas de predimensionamiento solo disponibles para algunos proyectistas de gran experiencia.

b) Existen criterios de diseño que permiten compatibilizar las exigencias derivadas de la sostenibilidad con reducciones de coste, con aumentos en seguridad y constructibilidad. Sin embargo, estos criterios no son triviales.

c) Los hormigones no convencionales presentan propiedades que contribuyen a la sostenibilidad de las estructuras al analizar el ciclo de vida.

d) La inteligencia artificial y la minería de datos permiten aflorar relaciones no triviales cuando existen bases de datos lo suficientemente amplias.

e) La optimización heurística permite elaborar bases masivas de datos de estructuras optimizadas con múltiples objetivos basados en la sostenibilidad (huella ecológica, reducción de CO2, etc.).

Objetivos del proyecto

1. Desarrollar una metodología capaz de extraer información no trivial de bases de datos masivas de estructuras de hormigón no convencionales optimizadas con múltiples objetivos basados en la sostenibilidad.

2. Obtener reglas de predimensionamiento optimizadas para cada tipología estructural. La novedad y la relevancia radican en el uso de herramientas procedentes del “data mining” y del “machine learning”.

3. Comparar las reglas de diseño obtenidas para hormigones convencionales y no convencionales, así como con los criterios obtenidos de la práctica habitual de diseño y de la bibliografía existente.

4. Divulgar el conocimiento adquirido para que los proyectistas puedan utilizar estos criterios de predimensionamiento, de forma que se obtengan mejoras en la sostenibilidad a lo largo del ciclo de vida de las estructuras de hormigón no convencional.

Descripción de la metodología empleada en el proyecto

La metodología empleada consta de una secuencia iterativa de fases (Figura 1):

Integración y recopilación de datos, en la que se determinan las fuentes de información que pueden ser útiles y dónde conseguirlas.
Selección, limpieza y transformación de datos, en las que se eliminan o corrigen los datos incorrectos y se decide la estrategia a seguir para los datos incompletos.
Minería de datos, en la que se decide la tarea a realizar, ya sea la clasificación, la regresión, el agrupamiento o las reglas de asociación.
Evaluación e interpretación, en la que se evalúan los patrones y se analizan por el equipo de investigación, volviéndose a fases anteriores para nuevas iteraciones si fuera necesario.
Difusión, donde se hace uso del nuevo conocimiento adquirido y se hace partícipes de él a todos los posibles usuarios.

Figura 1 Extracción y difusión del conocimiento por contraste de criterios de diseño sostenible

Uno de los aspectos clave es la disponibilidad de datos utilizables, en cantidad y calidad suficientes, para aplicar las técnicas de “data mining”. Se trata de aplicar un procedimiento convergente para la generación de bases de datos (CGD, por sus siglas en inglés). A continuación se describe el fundamento y la forma de proceder de CGD.

Una estructura de hormigón puede representarse mediante una serie de variables y parámetros. Pues bien, la complejidad de un problema aumenta drásticamente con el número variables involucradas [34], efecto denominado como la “maldición de la dimensión” [35]. Para extraer información, como regla práctica [36], se necesita una muestra cuyo tamaño sea, al menos, 10 veces el número de variables independientes, siendo deseable que ese ratio sea mayor a 20. En el caso de un puente pretensado [37], el número de factores que son combinación lineal de las variables originales y que, además, sean independientes entre sí es de 4, por lo que se precisarían en torno a 40-80 casos para poder realizar inferencias lineales, lo cual no contemplaría relaciones cruzadas entre variables (ello implicaría una muestra mayor). Otras técnicas como las redes neuronales o las máquinas de soporte vectorial, que son capaces de inferir modelos no lineales e incluso discontinuos o discretos, requieren un número mayor de individuos. Además, se aconseja la reserva de un grupo de validación, que puede oscilar entre 1/3 y 1/4 de la muestra necesaria, para comprobar que las inferencias presentan una calidad adecuada.

Metaheurísticas empleadas en el desarrollo del proyecto

Desde los primeros años de la década de los 80, la investigación sobre los problemas de optimización se centra en el diseño de métodos aproximados basados en conceptos derivados de la inteligencia artificial, la evolución biológica y la mecánica estadística. En la Figura 2 se recoge una clasificación propuesta por Yepes [39] que debería complementarse con metaheurísticas híbridas que emplean, en mayor o menor medida, estrategias de unos grupos y otros. A continuación se describen algunas técnicas empleadas en HORSOST.

Figura 2 Taxonomía de estrategias empleadas en la resolución aproximada de problemas de optimización combinatoria [39]

Recocido simulado

El recocido simulado “Simulated Annealing” (SA) [40,41] se basa en la analogía entre la energía de un sistema termodinámico y la función de coste de un problema de optimización. Conceptualmente, es un algoritmo de búsqueda por entornos, donde una solución sustituye a la anterior si mejora a la anterior (D<0); en caso contrario, será aceptada con una probabilidad (e(-D/T), donde T es un parámetro denominado temperatura) decreciente con el aumento de D, la diferencia entre los costes de la solución candidata y la actual. La selección aleatoria de soluciones degradadas permite eludir los óptimos locales.

Aceptación por umbrales

La aceptación por umbrales “Threshold Accepting” (TA) [42] emplea un enfoque similar al de SA para eludir los óptimos locales, pero con una toma de decisiones más sencilla. Se autoriza el menoscabo de la calidad de las soluciones, siempre y cuando no se exceda, en cierta magnitud, la aptitud de la solución actual.

Sistema de colonia de hormigas

El sistema de colonia de hormigas “Ant System Optimization” (ACO) [43] se basa en la analogía con el comportamiento de estos insectos al encontrar el camino más corto entre la comida y su hormiguero. Tan pronto como un individuo encuentra una fuente de comida, evalúa su cantidad y calidad y transporta un poco al hormiguero. Durante el regreso, la hormiga deja por el camino feromonas para que las demás hormigas puedan seguirla. Después de un tiempo, el camino hacia el alimento se indicará por un rastro oloroso que crece con el número de hormigas que pasan por él y desaparece en caso contrario. El resultado final es la optimización del trabajo de todo el hormiguero en su búsqueda de comida.

Búsqueda local iterada

La idea de la búsqueda local iterada “Iterated Local Search” (ILS) [44] consiste en rastrear la solución entre los óptimos locales del subespacio definido por ellos. Dado que un algoritmo de búsqueda es capaz de transformar una solución s en otra s* que es un óptimo local, para pasar a otro óptimo local cercano, s’, se aplica una pequeña perturbación. Aplicando el algoritmo de búsqueda a s’ se encuentra otra solución s*’. La metaheurística acepta el paso de s* a s*’ según algún criterio, como el de máximo gradiente (si s*’ es mejor que s*, se acepta) o no (se puede pensar en un mecanismo TA o SA para evitar estancamientos dentro del subespacio de los óptimos locales s*).

Búsqueda en entornos variables

La búsqueda en entornos variables, “Variable Neighborhood Search” (VNS) [45], consiste en cambiar de operador de búsqueda cuando el anterior ha alcanzado un óptimo local. De este modo, VNS oscilará entre dos o más operadores con la esperanza de que los cambios en la estructura del entorno permitan escapar de muchos óptimos locales. Para que este principio funcione bien, los operadores empleados deberán ser lo suficientemente distintos respecto de la estructura del vecindario que generan.

Algoritmos genéticos

Los algoritmos genéticos, “Genetic Algorithms” (GA) [46], simulan el proceso de evolución de las especies que se reproducen sexualmente. Un nuevo individuo se genera a través del cruzamiento, que combina parte del patrimonio genético de cada progenitor para elaborar el del nuevo individuo, y de la mutación, que supone una modificación espontánea de esta información genética. Si los hijos heredan buenos atributos de sus padres, su probabilidad de supervivencia será mayor, reproduciéndose con mayor probabilidad.

Algoritmos meméticos

Los algoritmos meméticos “Memetic Algorithms” (MA) [47] derivan de GA, donde el uso de una población de soluciones se combina con heurísticas de búsqueda local. La idea consiste en recombinar la información de las soluciones provenientes del subespacio de óptimos locales. El éxito de estos métodos puede atribuirse a su equilibrio entre la búsqueda rápida y el mantenimiento de la diversidad, para evitar la convergencia prematura.

Otras técnicas empleadas en el proyecto

Regresión lineal múltiple

Los modelos de regresión lineal múltiple (RLM) se ajustan mediante mínimos cuadrados, de modo que la variable de respuesta esté explicada al máximo posible por las variables independientes. El proceso se inicia intentando explicar la respuesta en función de la variable con la que presenta la mayor correlación. El objetivo es aumentar el coeficiente de regresión agregando variables independientes explicativas, utilizando el método stepwise de pasos sucesivos [48].

Análisis por componentes principales

El análisis de componentes principales (ACP) examina la interdependencia entre variables para reducir su dimensión a un nuevo subconjunto de variables no observables. En síntesis, calcula unos factores que sean una combinación lineal de las variables originales y que, además, sean independientes entre sí. La primera componente principal se elige de modo que explique la mayor parte de la varianza posible, y así sucesivamente. Para facilitar la interpretación, se emplea una rotación ortogonal que minimiza el número de variables con saturaciones altas en cada factor [49].

Redes neuronales artificiales

Las redes neuronales artificiales “Artificial Neural Networks” (ANN) simulan un sistema de procesamiento de la información altamente complejo, no lineal y en paralelo parecido al cerebro humano. McCulloch y Pitts [50] presentaron el primer modelo de neurona como un dispositivo no lineal multientrada con interconexiones “con peso”. La neurona suma las entradas ya ponderadas, les aplica una función no lineal y transmite una salida. La red puede ser preparada, utilizando ejemplos, para reconocer ciertas estructuras, como puede ser la clasificación de objetos por sus características o la inferencia a partir de los datos de entrada.

Teoría del valor extremo

Si se acepta que el óptimo local encontrado por un algoritmo de búsqueda estocástica puede considerarse una solución extrema de una muestra aleatoria simple formada por las soluciones visitadas, entonces se podría aplicar la teoría del valor extremo “Extreme Value Theory” (EVT) [51,52] para estimar el óptimo global del problema. Para ello se ha comprobado que los óptimos locales encontrados constituyen valores extremos que ajustan a una función Weibull de tres parámetros, siendo el de posición, γ, una estimación del óptimo global.

Tabla 1 Referencias del empleo de técnicas respecto a tipologías estructurales

	SA	TA	ACO	ILS	VNS	GA	MA	EVT	ANN	ACP	RLM
Muros	[28]	[6]			[6]
Pórticos de edificación	[5,24]							[24]
Vigas de hormigón armado		[27]			[27]			[27]
Vigas pretensadas									[23]
Bóvedas de paso inferior	[16]	[16]		[17]				[17]
Marcos de paso inferior	[25]	[25,26]
Pilas de puente	[21]		[20,22]			[20]
Puentes de vigas artesa	[18]						[19]
Puentes losa postesados										[37]	[37]

Conclusiones

Como conclusiones generales del planteamiento del proyecto HORSOST se pueden citar las siguientes:

1) Existe una importante área de mejora en los diseños de estructuras de hormigón no convencional de forma que se obtenga un importante beneficio social si estos diseños maximizan la sostenibilidad en la construcción de estas estructuras considerando todo el ciclo de vida del producto.

2) Es posible emplear técnicas procedentes del descubrimiento de conocimiento en bases de datos (KDD) para extraer información no trivial de bases de datos de estructuras de hormigón generadas mediante optimización heurística multiobjetivo orientada a la sostenibilidad.

3) Los hormigones no convencionales presentan prestaciones que favorecen su durabilidad y, por ello, pueden contribuir a la sostenibilidad si se consideran aspectos medioambientales, sociales y económicos a lo largo de toda su vida útil. Por tanto, deben analizarse en detalle para comprobar su validez frente a los hormigones convencionales y ofrecer criterios de diseño aplicables para los proyectistas.

Agradecimientos

Los autores agradecen el aporte financiero realizado para este trabajo por el Ministerio de Ciencia e Innovación (Proyecto de Investigación BIA2011-23602) y por la Universitat Politècnica de València (Proyecto de Investigación PAID-06-12).

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Green Buildings: Analysis of State of Knowledge

Green building practices emerged to mitigate the effects of the increasing impact on the environment and to improve the building construction process. In this context, a systematic bibliometric analysis is provided. As a result, 124 articles were found in 40 internationally recognized scientific journals related to green buildings. A quantitative analysis is done to the articles in order to know about the authors and countries with most publications; in addition to their evolution from 1980 to 2011. Then a qualitative analysis which aims to obtain the key aspects and obstacles to consider in Green Building and recommendations are given for each aspect. The goal of this paper is to provide building researchers and practitioners a better understanding of how to effectively make decisions to promote energy conservation and sustainability of green buildings. (link)

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Gestión de playas encajadas de uso intensivo

YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2007). Gestión de playas encajadas de uso intensivo. Libro de Resúmenes de las IX Jornadas Españolas de Ingeniería de Costas y Puertos, pp. 175-176. San Sebastián, 29-30 de mayo.

INTRODUCCIÓN

La zona costera soporta actualmente una gran parte de la actividad turística española dependiendo su futuro de la explotación sostenible de sus recursos naturales, económicos y culturales. La sociedad del ocio actual genera una presión de usos de, concentrada en los periodos estivales, genera impactos ambientales significativos. Además, la erosión costera supone una amenaza para el turismo, de ahí el interés por la alimentación artificial de las playas (ver Obiol, 2003) frente al uso de técnicas duras de protección de costas. En particular, la arena de las playas y el espacio litoral son dos recursos naturales críticos para la pervivencia económica y medioambiental de las regiones costeras (ver Yepes y Medina, 2005). Todo ello justifica la necesidad de conciliar la funcionalidad de estos espacios, frecuentados de forma masiva en algunos lugares, con los problemas de conservación y estabilidad de la ribera del mar a corto y largo plazo.

Diversas aproximaciones metodológicas han caracterizado las playas mediante la evaluación de factores como el clima, la calidad y la temperatura del agua, la arena, la flora y la fauna, los accesos, los vertidos residuales, etc. (ver Morgan, 1999), mientras que otros trabajos como el de Mas y Blázquez (2005) determinan la calidad en el uso de las playas en función de parámetros de sostenibilidad asociados. La demanda progresiva en el uso de estos espacios amplifica las dificultades en su gestión, de forma que se hace imprescindible incluir la percepción de los usuarios y su interacción con la playa como factores clave en su planificación. Todo ello apunta hacia un enfoque sistémico en la forma de entender y gestionar las playas.

En efecto, las playas conforman un sistema multidimensional imbricado dentro de otro más amplio formado por la zona costera que incluye otros subsistemas que interactúan entre sí (ver James, 2000): el físico-natural, el socio-cultural y el de gestión; la falta de simbiosis entre cada uno de ellos afecta negativamente en el resto. Así, por ejemplo, la satisfacción de los usuarios está relacionada con la anchura óptima de la playa (ver Valdemoro y Jiménez, 2006), pero ésta raramente se considera en la gestión turística. El enfoque sistémico permite justificar la Gestión Integrada del Litoral como herramienta para acomodar el incremento de la presión antrópica (ver Barragán, 2006). Sólo bajo este prisma debería entenderse la gestión turística de las playas.

Frente a la falta de regulación específica, los instrumentos de gestión voluntarios y aquellos otros basados en la demanda del mercado pueden ser cada vez más relevantes como impulsores del cambio necesario para lograr beneficios económicos, ambientales y sociales. Así, ante un escenario donde la gestión turística de las playas españolas era inexistente o francamente mejorable, Yepes et al. (1999) propusieron la adopción voluntaria de sistemas de aseguramiento de la gestión de la calidad y del medio ambiente. El apoyo decidido de distintas administraciones públicas a favor de la implantación y certificación de sistemas de aseguramiento de la calidad ha supuesto un punto de inflexión en el escenario anteriormente mencionado.

En este contexto, las playas encajadas de uso intensivo se caracterizan por la carencia de aportes y pérdidas naturales significativas de sedimentos, presentando cierta estabilidad a largo plazo que sólo se ve perturbada a corto plazo por basculamientos naturales originados por los temporales y por las extracciones artificiales. En general suelen ser playas relativamente estables, encajadas entre promontorios que sufren periódicamente desplazamientos extraordinarios de arena dentro de la misma playa que no perjudican su estabilidad a largo plazo, pero que pueden afectar a los usuarios de una zona específica al reducirse la anchura de playa por debajo de cierto nivel crítico o propiciar el afloramiento de sustratos rocosos. La Figura 1 muestra un esquema de usos de la playa mediterránea típica donde sólo son útiles unos 35 metros de anchura desde la orilla, pues las elevadas temperaturas que alcanza la arena superficial a mayor distancia retraen a los bañistas; por otro lado, los 10 metros próximos a la orilla es una franja de alcance de las olas usada para pasear. En estas playas sólo existe una banda útil para el descanso de unos 25 metros de anchura que condiciona su capacidad de carga turística.

Usos de la playa — Figura 1. Esquema de usos de la playa mediterránea típica

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Reflexiones sobre el 6º Foro PTEC de debate

El pasado 10 de junio de 2014 se celebró en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia el 6º Foro PTEC de debate bajo el título «La I+D+i en la mejora de los procesos de construcción». Es el momento de realizar algunas reflexiones sobre este evento que, desde mi punto de vista, acabó siendo un éxito tanto en asistencia como en contenidos desarrollados. Además, este foro tiene un sentido especial para mí, siendo profesor de la asignatura «Procedimientos de Construcción» de los grados de ingeniería civil y de obras públicas, además de la asignatura «Gestión de la innovación en el sector de la construcción», en el Máster Universitario en Planificación y Gestión en la Ingeniería Civil». Esperamos que nuestra Universitat Politècnica de València sea en breve miembro activo del PTEC.

Para aquellos de vosotros interesados en la Plataforma Tecnológica Española de Construcción, os remito a su página web: http://www.plataformaptec.com/

PTEC 3 — Inauguración del Foro por parte de las autoridades

Lo primero que me gustaría resaltar es la pertinencia del tema elegido. Los procedimientos constructivos forman la piedra angular de la innovación tanto en las empresas constructoras como en todas aquellas otras que les sirven de apoyo tecnológico. Es por ello que el Grupo de Trabajo específico PTEC sobre Procesos de Construcción presenta un valor añadido indudable. Dicho grupo está coordinado por la empresa CYPE Ingenieros, el Instituto Tecnológico de Aragón ITA y la Universidad Politécnica de Madrid. Dentro del Foro presentaron dos trabajos, uno relacionado con la construcción de túneles y otro sobre la rehabilitación de envolventes de edificios. A este respecto me gustaría apuntar que son dos buenas iniciativas, aunque existe un campo muy amplio donde poder avanzar y donde se hace necesaria la participación de más empresas, universidades y centros de investigación.

Alguna de las notas que tomé en las jornadas no tienen desperdicio (algunas me preocupan especialmente):

La innovación no es suficiente para ser competitivo. No debe ser un objetivo en sí mismo.
El sector de la construcción no es un objetivo prioritario en los planes autonómicos que financian la innovación. Los sectores clave son otros: turismo, salud, productos innovadores (donde la cerámica tiene algo de cancha), la industria del motor, el calzado…
Los objetivos del PTEC se centran en la internacionalización, el impulso de la innovación y la mejora de la imagen del sector de la construcción.
Opinión de que el sector de la construcción, un sector maduro, no necesita I+D+i, sino inversión.

PTEC 1 — Visita de las instalaciones del ICITECH

El programa seguido fue el siguiente:

Sesión de apertura

Presidencia:

Isabel Bonig. Consellera de Infraestructuras, Territorio y Medio Ambiente de la Generalitat Valenciana
Francisco J. Mora. Rector de la Universidad Politécnica de Valencia
Juan Lazcano. Presidente del Patronato Fundación PTEC y Presidente de la Confederación Nacional de la Construcción CNC

Coordinación: Jesús Rodríguez. Director Gerente de la PTEC

Ponencias:

Competitividad e Innovación: La I+D+I en la estrategia de política industrial (Epi 2020, Ris3 CV y Estrategia H2020). José Monzonís, Secretario Autonómico de Industria y Energía, Consellería de Economía, Industria, Turismo y Empleo de la Generalitat Valenciana.
Oportunidades para la I+D+i sobre procesos de construcción en el programa I+D+i europeo Horizonte 2020. Rikardo Bueno. Tecnalia.

1ª mesa redonda “La mejora de los procesos de construcción mediante la innovación en maquinaria y equipos auxiliares”

Presidencia: Miguel Ángel García Muro. Director General de Investigación e Innovación, Departamento de Industria e Innovación del Gobierno de Aragón.

Coordinación: Benjamín Bentura. ANMPOYC (Asociación de fabricantes exportadores de maquinaria de construcción, obra pública y minería)

Ponencias:

Trabajos de la PTEC en la mejora de los procesos de construcción mediante la aplicación de la maquinaria y los equipos auxiliares en la excavación de túneles y en la rehabilitación de la envolvente de los edificios. Carlos Millán (Instituto Tecnológico de Aragón ITA) y Jose Luis Alapont. (Instituto de Restauración del Patrimonio IRP-UPV).
Innovación en máquinas de proyección de hormigón para construcciones subterráneas. Ignacio Martínez de Osaba. Putzmeister.
Nuevas soluciones en medios auxiliares para la rehabilitación de envolventes de edificios. Mikel Martínez. Ulma Construcción
Sistemas innovadores de encofrado y armado para la mejora del proceso de ejecución de elementos complejos de hormigón. Carlos Bárcena. Dragados.
Mejoras en los procesos de construcción con mezclas bituminosas. Jesús Felipo. Pavasal

2ª Mesa redonda “La mejora de los procesos de construcción mediante el uso innovador de las tecnologías de la información y comunicación”.

Presidencia: José Vicente Dómine, Director General de Obras Públicas, Proyectos urbanos y Vivienda, Consellería de Infraestructuras, Territorio y Medio Ambiente de la Generalitat Valenciana

Coordinación: Benjamín González. CYPE ingenieros

Ponencias:

El papel de las nuevas tecnologías TIC en la industria. Clara Pezuela. ATOS/Planetic
Las nuevas tecnologías aplicadas a los procesos de construcción. Nuevas tecnologías en seguridad y prevención de riesgos laborales (proyecto FHT). Lisardo M. Fort. CYES.
Nuevos sistemas de prevención colectiva inteligente en entornos dinámicos de infraestructuras lineales(Proyecto Precoil). Octavio Nieto-Taladriz. UPM
Building Information Model (BIM) en el sector de la construcción: BIM, una metodología que revoluciona la forma de hacer los proyectos de construcción. David Carlos Martínez Gómez. IBIM; BIM: Retos nacionales. Fernando Blanco. Acciona.

Nota: se llevará a cabo una visita a las 16:00 h al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón ICITECH.

Fue especialmente interesante la visita que se realizó al ICITECH, donde el público asistente pudo comprobar las capacidades de nuestras instalaciones y el trabajo de los grupos de investigación. Os dejo el póster que presentamos nosotros, el grupo de investigación sobre «Optimización de Procedimientos Constructivos». Espero que os guste.

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Lecciones aprendidas en la optimización de estructuras de hormigón y la sostenibilidad

Hoy empieza el VI Congreso Internacional de Estructuras ACHE en Madrid. Es un buen momento para reflexionar sobre las lecciones aprendidas en optimización de estructuras de hormigón y su sostenibilidad. Son reflexiones fruto del trabajo de los últimos 8 años de investigación que permiten establecer algunas conclusiones que creo son de interés para los que nos dedicamos a la ingeniería civil, y en particular, a la investigación sobre el hormigón estructural y las infraestructuras en general.

Toda esta aventura empezó con la lectura de mi tesis doctoral, en el año 2002, sobre optimización de redes de transporte. Elegí este tema al ser profesor de la asignatura de Procedimientos de Construcción y estar interesado en profundizar en aspectos como el movimiento de tierras y la modelización del transporte. La realización de esta tesis me permitió adentrarme en un mundo desconocido para mí que era la optimización heurística y la inteligencia artificial. A pesar de las novedades que presentó la tesis y las publicaciones posteriores, me di cuenta que traspasar la frontera entre el mundo de las ideas a la realidad cotidiana del transporte suponía un reto de un alcance superior: la toma de decisiones en tiempo real en las rutas de distribución requería una actualización constante de gran cantidad de datos: tráfico, congestión, demanda de clientes, stocks, costes variables, etc. El problema no era la optimización, sino la gestión de cantidades masivas de datos que se actualizaban permanentemente.

Sin embargo en aquel entonces me di cuenta de las grandes posibilidades de utilizar estar herramientas en un campo que ha resultado fructífero: las estructuras de hormigón. En efecto, a partir del año 2003 empecé a impartir una asignatura de doctorado novedosa: «Optimización heurística en la ingeniería«, que posteriormente acabó en el Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón llamándose «Optimización heurística de estructuras de hormigón», de 3 créditos, y que ha acabado en una asignatura de mayor calado denominada «Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón«, con 5 créditos. En este sentido, este año estamos terminando nuestro tercer proyecto de investigación competitivo del Ministerio de Ciencia e Innovación denominado HORSOST: “Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos“.

Desde ese momento he tenido la oportunidad de dirigir tesis doctorales, publicar artículos científicos y presentar ponencias sobre este tema. Algunas de las consecuencias de todo este trabajo, donde ha participado un grupo de más de 15 investigadores, son las siguientes:

Existe una posibilidad clara y real de usar las técnicas de optimización heurística en la optimización económica de estructuras de hormigón. Hemos encontrado muchos casos donde ahorros del 10 al 50% son fáciles de conseguir sin que exista ningún tipo de merma en la seguridad y prestaciones de las estructuras. Estas ventajas económicas son especialmente atractivas en el caso de elementos prefabricados repetitivos y en obras lineales de gran volumen.
Estas técnicas permiten un diseño automatizado de la estructura. Es decir, no es necesario un diseño previo. Los algoritmos de optimización permiten reducir en un breve espacio de tiempo la experiencia adquirida por ingenieros a lo largo de los años, mejorando incluso sus diseños.
La optimización debe incluir no sólo las cargas de la estructura en servicio, sino todo el proceso constructivo y su posible desmantelaje.
Hay que tener un cuidado muy especial con el mal uso de las técnicas de optimización y del ordenador. Ello significa que dejar estos algoritmos a usuarios sin experiencia ingenieril es muy peligroso. La razón es la siguiente: las estructuras óptimas son significativamente más esbeltas. Si se comprueban los estados límite habituales es posible que cometamos errores. Por ejemplo, la optimización de muros de hormigón nos llevó a muros extraordinariamente esbeltos que flectaban enormemente en cabeza. Una limitación en la flecha de 1/150 evitó esta sensación de desplome. Este estado límite no lo suelen comprobar los programas habituales ni los calculistas. Otros estados límite que suelen ser relevantes son los de fatiga, vibración, pandeo, etc. Estas estructuras optimizadas empiezan a parecerse a las estructuras metálicas.
Es muy posible que en breve espacio de tiempo las empresas que desarrollan software comercial introduzcan módulos de optimización en sus programas. Esto puede provocar la aparición de patologías inesperadas en las obras.
Será necesario revisar las normativas actuales. Es muy posible que sea necesario un anexo en la futura EHE en la que se pongan cautelas en el diseñó automático de estructuras óptimas. Habrá que ser cuidadoso en la definición de los estados límite que se deban comprobar.
Es un error optimizar sólo desde el punto de vista económico, debería realizarse análisis multiobjetivo considerando aspectos medioambientales, sociales y de otro tipo.
La optimización abre un campo nuevo, que es la introducción efectiva de la sosteniblidad en el diseño de las estructuras. Si bien el anexo 13 de la EHE-2008 establece unos indicadores para medir la sostenibilidad medioambiental, se trata de una primera aproximación que no contempla la efectiva reducción de aspectos de gran interés: reducción de emisiones de CO2, reducción en el consumo energético necesario, reducción de la huella ecológica, reducción en el uso de materiales, etc.
La reducción de los impactos ambientales se puede realizar actualmente basándose en bases de datos como la del BEDEC (Institut de Tecnologia de la Construcció de Catalunya) u otros similares. Sin embargo, estas bases de datos son actualmente de escaso alcance, con un grupo reducido de materiales y procesos constructivos, no contemplando el ciclo completo de vida de las estructuras, y por tanto debería realizarse un esfuerzo de primer nivel para su actualización y mejora.
Es necesario realizar un esfuerzo importante (tenemos una tesis doctoral en marcha) para valorar la sostenibilidad social de las infraestructuras de la forma más objetiva posible. Este aspecto deber unirse a la sostenibilidad económica y medioambiental.
Los análisis de optimización deben realizarse desde el punto de vista multiobjetivo. Se deben optimizar a la vez aspectos medioambientales, económicos, sociales, de funcionalidad, de seguridad, de durabilidad y otros. Ello significa que existe un área importante de investigación relacionada con la decisión multicriterio. Es decir, se debe dar un paso desde el conjunto de soluciones eficientes desde varios puntos de vista a la decisión final del decisor.
Hay que realizar un esfuerzo de gran calibre para llevar estas técnicas de optimización pensando en el ciclo completo de las infraestructuras. En este sentido, estamos desarrollando también una tesis doctoral que trata de optimizar desde el punto de vista multicriterio el mantenimiento de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida, considerando restricciones presupuestarias.

También nos hemos dado cuenta de una serie de aspectos relacionados con nuestro trabajo, muchos de ellos no tan evidentes, que deberían divulgarse lo más posible para el uso adecuado de los recursos escasos de los que dispone nuestra sociedad:

Los hormigones no convencionales (alta o muy alta resistencia, con fibras, autocompactante, con elevadas adiciones, etc.) proporcionan ventajas a tener muy en cuenta cuando se optimizan las estructuras. Por ejemplo, hemos visto cómo un material caro por su trabajabilidad como puede ser el hormigón con fibras, resulta competitivo desde el punto de vista económico frente a hormigones convencionales. Además, resulta interesante el comportamiento mecánico de las fibras cuando interactúa con la armadura activa del pretensado. Se necesita profundizar en el conocimiento de estos materiales para incluirlos en la optimización.
También hemos comprobado que con incrementos mínimos en el coste (del orden del 1-3%) se puede duplicar o triplicar la durabilidad de las estructuras. Este aspecto es muy importante, pues permite una elevada amortización en los consumos, al alargar la vida útil. Creemos que se debe reformular en la EHE la vida útil de proyecto de las estructuras.
Si bien la fabricación de cementos se ha considerado como un auténtico atentado respecto a la producción de emisiones de CO2, nuestros estudios han comprobado la eficacia de aspectos como la carbonatación y el reciclaje como sumideros de CO2. Debería profundizarse en este tipo de estudios para valorar de forma más precisa y realista los impactos que causa el hormigón cuando se contempla el ciclo de vida completo.
La inteligencia artificial permite algo que, hasta ahora, era muy lento y poco efectivo: Se puede acelerar la obtención de experiencia y saber hacer en las estructuras. Así por ejemplo, generando bases ingentes de estructuras óptimas (digamos puentes pretensados con diversas luces), podríamos aplicar técnicas de minería de datos «data mining» para extraer de las bases de datos generadas información no trivial. Dicho de otra forma, se podrían avanzar fórmulas de predimensionamiento más efectivo que podrían usarse por parte de los calculistas e ingenieros en el diseño diario de sus estructuras. Esta práctica permitiría ahorros sustanciales, tanto económicos como medioambientales.
Por último, insistir en la optimización a lo largo del ciclo de vida. Resulta especialmente importante en los tiempos que corren, tener muy claros los aspectos relacionados con el mantenimiento de las infraestructuras. Los estudios que estamos realizando indican que, incluso con presupuestos altamente restrictivos, es posible optimizar los indicadores de servicio de las infraestructuras si se actúa de forma inteligente.

Para terminar, por si puede ser de interés, os dejo alguno de los artículos más significativos que hemos desarrollado sobre estos temas. Espero que os sean útiles. De todas formas, nos vemos en el congreso ACHE.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2014). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, (accepted, in press).
MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010.
TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2014/524329 (link)
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2014). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures, 11(7):1190 – 1205. ISSN: 1679-7817. (link)
GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. The International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link)
MARTÍ-VARGAS, J.R.; FERRI, F.J.; YEPES, V. (2013). Prediction of the transfer length of prestressing strands with neural networks. Computers and Concrete, 12(2):187-209. DOI: http://dx.doi.org/10.12989/cac.2013.12.2.187. ISSN: 1598-8198.
TORRES-MACHÍ, C.; YEPES, V.; ALCALA, J.; PELLICER, E. (2013). Optimization of high-performance concrete structures by variable neighborhood search. International Journal of Civil Engineering, 11(2):90-99 . ISSN: 1735-0522. (link)
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PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V.; HOSPITALER, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2009). CO₂-Optimization of Reinforced Concrete Frames by Simulated Annealing. Engineering Structures, 31(7): 1501-1508. ISSN: 0141-0296. (link)
YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PEREA, C.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2008). A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing. Engineering Structures, 30(3): 821-830. ISSN: 0141-0296. (link)
PEREA, C.; ALCALÁ, J.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008). Design of Reinforced Concrete Bridge Frames by Heuristic Optimization. Advances in Engineering Software, 39(8): 676-688. ISSN: 0965-9978. (link)
PAYÁ, I.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008). Multiobjective Optimization of Reinforced Concrete Building Frames by Simulated Annealing. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 23(8): 596-610. ISSN: 1093-9687. (link)
YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2006). Economic Heuristic Optimization for Heterogeneous Fleet VRPHESTW. Journal of Transportation Engineering, ASCE, 132(4): 303-311. (link)
PAYÁ, I.; YEPES, V.; CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2006). Optimización heurística de pórticos de edificación de hormigón armado. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 22(3): 241-259. [Heuristic optimization of reinforced concrete building frames]. (link)

¿Son todas las playas útiles para el uso turístico?

Junto a la playa de San Lorenzo (Gijón). Fotografía de Víctor Yepes

Que estamos en crisis, creo que a estas alturas no hay quien lo dude. La forma en que vamos a salir, falta por verla. Aunque parece muy posible que nuestra mejor baza, el turismo, puede ser de mucha ayuda. Vaya por delante que lo que vamos a comentar a continuación sólo tiene sentido si se aplica a las playas ya antropizadas, protegiendo a ultranza todas aquellas que resulten naturales o espacios protegidos.

En España nadie duda de la trascendencia social y económica del turismo. Se ha convertido en una parcela económica de primer orden basada fundamentalmente en la explotación de la zona costera, y en particular de sus playas. Algunas cifras son realmente elocuentes (ver Yepes, 2002a,b): tres cuartas partes de los europeos que visitan España vienen motivados por el clima y las playas, el 90% de las plazas hoteleras no urbanas se encuentran en el borde litoral, algunas playas de uso masivo como las de Benidorm proporcionan ingresos anuales superiores a los 12.000 €/m². Este municipio, cuyo litoral funcionalmente útil no supera los 5 km de largo, aporta casi dos terceras partes de las pernoctaciones hoteleras que realiza la clientela española en los establecimientos de la Comunidad Valenciana, proporción que en el caso de los extranjeros alcanza al 94%.

Por tanto, las playas no sólo constituyen espacios relevantes desde el punto de vista medioambiental y de protección costera, sino que suponen el soporte de la actividad económica de muchas familias en nuestro país. Continue reading «¿Son todas las playas útiles para el uso turístico?» →

Aportaciones al VI Congreso Internacional de Estructuras ACHE

Durante los días 3 a 5 de junio de 2014 tendrá lugar en Madrid el VI Congreso Internacional de Estructuras organizado por la Asociación Científico-técnica el Hormigón Estructural (ACHE). Es una magnífica oportunidad de encuentro entre profesionales y especialistas relacionados con las estructuras. Nuestro grupo de investigación no podía faltar a esta cita. Es por ello que, como avance, dejamos a continuación los resúmenes de las comunicaciones que están previstas exponer en el marco de dicho congreso. Os esperamos en el congreso para tener una excusa para compartir ideas.

YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2014). Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo: HORSOST.

El objetivo principal del proyecto de investigación HORSOST consiste en desarrollar una metodología que permita establecer criterios de diseño de estructuras realizadas con hormigón no convencional de forma que se maximice su contribución a la sostenibilidad. Para ello se emplean técnicas de análisis inteligente y minería de datos, algoritmos de optimización heurística multicriterio y el análisis del ciclo de vida (elaboración, transporte, procedimientos constructivos, mantenimiento, etc.). La tipología de estructuras objeto del proyecto son los puentes losa y vigas artesa pretensadas, pilas y estribos de puente, marcos y bóvedas de paso de carreteras. El proyecto se centra en hormigones de alta resistencia, reforzados con fibras y autocompactantes. Se analizan y comparan los criterios de diseño sostenible entre los hormigones convencionales y no convencionales para cada una de las tipologías estructurales.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Influencia de la carbonatación y durabilidad en el ciclo de vida del hormigón fabricado con cementos con adiciones.

Este artículo describe la influencia de la carbonatación y la durabilidad en el estudio de las emisiones de CO₂ de un pilar de hormigón armado fabricado con cemento con adiciones. Se han valorado dichas emisiones desde la producción de las materias primas hasta la demolición de la estructura. El uso de cementos con cenizas volantes y escorias de alto horno reduce entre un 20 y 70% las emisiones de producción del cemento. Sin embargo, la absorción de CO₂ por carbonatación disminuye entre un 20 y 80%. Se demuestra la gran influencia de la carbonatación durante la etapa de uso y después de la demolición como material de relleno. Finalmente, se comprueba que las emisiones anuales cuando se utilizan cementos con adiciones son menores. Por tanto, las menores emisiones de producción de los cementos con adiciones compensan la reducción en durabilidad y captura de CO₂ por carbonatación.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Optimización multiobjetivo para el estudio de la sostenibilidad del hormigón autocompactante.

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 de 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 CO₂y la durabilidad. Los resultados muestran la viabilidad económica de las reducciones de las emisiones de CO₂ de las mejoras en durabilidad. Además, las soluciones con menor coste y emisión anual utilizan hormigón autocompactante. Los resultados proporcionan al proyectista estructural criterios para elegir soluciones más sostenibles.

ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; BÁRCENA, A. (2014). Diseño automático de forjados mixtos con chapa nervada, basado en criterios de eficiencia energética y económicos.

Los forjados mixtos con chapa colaborante son una tipología de estructuras horizontales que está experimentando un crecimiento continuo en las últimas décadas. El objetivo de este trabajo consiste en aplicar técnicas heurísticas para optimizar este tipo de forjados. Estos métodos permiten abordar el problema a partir de la definición completa del forjado mixto, al tiempo que se satisfacen las restricciones estructurales exigidas por la normativa. Se han utilizado dos funciones objetivo en la optimización, una económica y otra que cuantifica el consumo energético asociado a cada diseño particular. Se han empleado algoritmos basados en tres metaheurísticas: búsqueda local de descenso (DLS), cristalización simulada (SA) y aceptación por umbrales (TA). Los mejores resultados se han obtenido con el SA. Finalmente, se ha estudiado la sensibilidad del modelo y un estudio paramétrico con diferentes tramos horizontales.

ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; RODRÍGUEZ-FACUNDI, A. (2014). Optimización de forjados de losa pretensada utilizando criterios económicos y de sostenibilidad.

En ese trabajo se muestran las características principales de los forjados de losa postesa obtenidos con técnica heurísticas de optimización estructural. Estos métodos de optimización permiten una definición completa de la estructura, pudiéndose encontrar diseños completos de forjados optimizados tanto con criterios de economía como de sostenibilidad. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a disponer cantos muy estrictos en los resultados óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad se tiende a hormigones de mayores resistencias que con criterios económicos. Finalmente se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran mucha independencia de los forjados óptimos frente a las variaciones de precios ensayadas.

DASÍ, M.; YEPES, V.; LÓPEZ-DESFILÍS, V.J. (2014). Diseño eficiente de pasarelas mixtas basado en criterios sostenibles.

El objetivo de este trabajo ha sido aplicar técnicas de optimización heurística a una pasarela peatonal mixta biapoyada. Se ha elaborado un programa en lenguaje Fortran capaz de generar pasarelas, comprobarlas y evaluar su coste, ya sea económico o en relación con su sostenibilidad (emisiones de CO₂). Se han implementado los siguientes algoritmos: un Randon Walk en dos variantes (RW1 y RW2), un Descent Local Search (DLS), un Simulated Annealing (SA) y un Glowworms Swarm Optimization en dos variantes (GSO1 y GSO2). Se han comparado los resultados en función del menor coste y de la menor emisión de CO₂, con la solución de referencia empleada, encontrando soluciones hasta un 25,40% más económicas atendiendo a criterios de precio y con unas emisiones del 25,44% menores. Finalmente, se ha realizado un estudio de sensibilidad de precios y un breve estudio paramétrico en función de la luz de la pasarela.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2014). Diseño de tableros isostáticos de puentes de vigas artesa prefabricadas pretensadas con criterios económicos.

Este trabajo describe una aproximación al análisis y diseño de puentes de carreteras de tableros isostáticos de vigas artesa prefabricadas pretensadas con criterios económicos. El procedimiento utilizado para resolver el problema combinatorio es una variante del Recocido Simulado (SA en inglés) con un movimiento de vecindad basado en el operador de mutación de los algoritmos genéticos (SAMO). Este algoritmo se aplica al coste económico de las estructuras, incluyendo las etapas de fabricación, transporte y construcción. El problema contiene 59 variables de diseño. Se realiza un estudio paramétrico para distintas luces de vano y un estudio de sensibilidad del coste de la estructura a la variación de los precios del hormigón y del acero, obteniéndose correlaciones útiles para el predimensionamiento y el diseño de la estructura, y comprobándose la adaptación del modelo a la influencia de la variación de los precios.

Construcción de un puente de bambú

El bambú es un material habitual de construcción en algunos países. Es uno de los materiales usados desde más remota antigüedad por el hombre para aumentar su comodidad y bienestar. Como crece velozmente su uso para la construcción tiene grandes beneficios en comparación con otros materiales como la madera. El clima de las regiones donde crece el bambú es generalmente cálido y húmedo, lo que conlleva al uso de materiales de baja capacidad de almacenamiento térmico y de diseños que permiten la ventilación cruzada. Las construcciones de bambú satisfacen plenamente estos requerimientos, lo que explica su uso en estas zonas.

Alguna de las ventajas de este material son las siguientes:

Las cañas de bambú son de medidas y formas majenables, almacenables y sistematizables.
Son elementos de alta resistencia con relación a su peso, de sección hueca y con tabiques transversales rígidos, lo cual las hace muy aptas para evitar su ruptura al curvarse.
Son fáciles de dividir en piezas más cortas o en tiras angostas, empleando herramientas simples.

Sin embargo, requieren mano de obra especializada para su manejo y presentan una relativa baja durabilidad debido a los ataques biológicos, baja resistencia a huracanes y fuego, por lo que las medidas de protección son esenciales.

A continuación os dejo un pequeño vídeo donde se puede ver la construcción de un puente con cañas de bambú. Espero que os guste.