Open Access Book: Optimization for Decision Making II

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con el profesor de la Universidad de Zaragoza, José María Moreno Jiménez. La labor de editar libros científicos es una oportunidad de poder seleccionar aquellos autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la optimización en la toma de decisiones.

Este libro forma parte de una serie sobre toma de decisiones. Podéis descargar también el primer libro de la serie en la siguiente dirección: https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/10/09/open-access-book-optimization-for-decision-making/

Además, resulta gratificante ver que el libro se encuentra editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros os lo podéis descargar sin ningún tipo de problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/3129

 

Referencia:

YEPES, V.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (Eds.) (2020). Optimization for Decision Making II. MPDI, 302 pp., Basel, Switzerland. ISBN 978-3-03943-607-1

 

Preface to ”Optimization for Decision Making II”

Decision making is one of the distinctive activities of the human being; it is an indication of the degree of evolution, cognition and freedom of the species. In the past, until the end of the 20th century, scientific decision making was based on the paradigms of substantive rationality (normative approach) and procedural rationality (descriptive approach). Since the beginning of the 21st century and the advent of the Knowledge Society, decision making has been enriched with new constructivist, evolutionary and cognitive paradigms that aim to respond to new challenges and needs; especially the integration into formal models of the intangible, subjective and emotional aspects associated with the human factor, and the participation in decision-making processes of spatially distributed multiple actors that intervene in a synchronous or an asynchronous manner. To help address and resolve these types of questions, this book comprises 16 chapters that present a series of decision models, methods and techniques and their practical applications in the fields of economics, engineering and social sciences. The chapters collect the papers included in the “Optimization for Decision Making II” Special Issue of the Mathematics journal, 2020, 8(6), first decile of the JCR 2019 in the Mathematics category. We would like to thank both the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work, as well as the 51 authors who have collaborated in its preparation. The papers cover a wide spectrum of issues related to the scientific resolution of problems; in particular, related to decision making, optimization, metaheuristics, and multi-criteria decision making. We hope that the papers, with their undoubted mathematical content, can be of use to academics and professionals from the many branches of knowledge (philosophy, psychology, economics, mathematics, decision science, computer science, artificial intelligence, neuroscience and more) that have, from such diverse perspectives, approached the study of decision making, an essential aspect of human life and development.

Víctor Yepes, José M. Moreno-Jiménez
Editors

About the Editors

Víctor Yepes Full Professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. degree in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment
of concrete structures as well as optimization models for infrastructure asset management. He is currently teaching courses in construction methods, innovation, and quality management. He authored more than 250 journals and conference papers including more than 100 published in the journal quoted in JCR. He acted as an Expert for project proposals evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science, and he is the Main Researcher in many projects. He currently serves as the Editor-in-Chief of the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 international journals (Structure & Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcción, Advances in Civil Engineering, and Advances in Concrete Construction, among others).

José María Moreno-Jiménez Full Professor of Operations Research and Multicriteria Decision Making, received the degrees in mathematics and economics as well as a Ph.D. degree in applied mathematics from the University of Zaragoza, Spain; where he is teaching from the course 1980–1981. He is the Head of the Quantitative Methods Area in the Faculty of Economics and Business of the University of Zaragoza from 1997, the Chair of the Zaragoza Multicriteria Decision Making Group from 1996, a member of the Advisory Board of the Euro Working Group on Decision Support Systems from 2017, and an Honorary Member of the International Society on Applied Economics ASEPELT from 2019. He has also been the President of this international scientific society (2014–2018) and the Coordinator of the Spanish Multicriteria Decision Making Group (2012–2015). His research interests are in the general area of Operations Research theory and practice, with an emphasis on multicriteria decision making, electronic democracy/cognocracy, performance analysis, and industrial and technological diversification. He has published more than 250 papers in scientific books and journals in the most prestigious editorials and is a member of the Editorial Board of several national and international journals.

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Special Issue “Optimization for Decision Making III”

 

 

 

 

 

Mathematics (ISSN 2227-7390) is a peer-reviewed open access journal which provides an advanced forum for studies related to mathematics, and is published monthly online by MDPI.

  • Open Access – free for readers, with article processing charges (APC) paid by authors or their institutions.
  • High visibility: Indexed in the Science Citation Indexed Expanded – SCIE (Web of Science) from Vol. 4 (2016), Scopus, and Zentralblatt MATH from Vol. 3 (2015).
  • Rapid publication: manuscripts are peer-reviewed and a first decision provided to authors approximately 21.7 days after submission; acceptance to publication is undertaken in 5.3 days (median values for papers published in this journal in the second half of 2018).
  • Recognition of reviewers: reviewers who provide timely, thorough peer-review reports receive vouchers entitling them to a discount on the APC of their next publication in any MDPI journal, in appreciation of the work done.

Impact Factor: 1.747 (2019)  (First decile JCR journal)

Special Issue “Optimization for Decision Making III”

Deadline for manuscript submissions: 30 June 2021.

Special Issue Editors

Guest Editor 

Prof. Víctor Yepes
Universitat Politècnica de València, Spain
Website | E-Mail
Interests: multiobjective optimization; structures optimization; lifecycle assessment; social sustainability of infrastructures; reliability-based maintenance optimization; optimization and decision-making under uncertainty

Guest Editor 

Prof. José M. Moreno-Jiménez
Universidad de Zaragoza
Website | E-Mail
Interests: multicriteria decision making; environmental selection; strategic planning; knowledge management; evaluation of systems; logistics and public decision making (e-government, e-participation, e-democracy and e-cognocracy)

Special Issue Information

Dear Colleagues,

In the current context of the electronic governance of society, both administrations and citizens are demanding greater participation of all the actors involved in the decision-making process relative to the governance of society. In addition, the design, planning, and operations management rely on mathematical models, the complexity of which depends on the detail of models and complexity/characteristics of the problem they represent. Unfortunately, decision-making by humans is often suboptimal in ways that can be reliably predicted. Furthermore, the process industry seeks not only to minimize cost, but also to minimize adverse environmental and social impacts. On the other hand, in order to give an appropriate response to the new challenges raised, the decision-making process can be done by applying different methods and tools, as well as using different objectives. In real-life problems, the formulation of decision-making problems and application of optimization techniques to support decisions is particularly complex, and a wide range of optimization techniques and methodologies are used to minimize risks or improve quality in making concomitant decisions. In addition, a sensitivity analysis should be done to validate/analyze the influence of uncertainty regarding decision-making.

Prof. Víctor Yepes
Prof. José Moreno-Jiménez
Guest Editors

Manuscript Submission Information

Manuscripts should be submitted online at www.mdpi.com by registering and logging in to this website. Once you are registered, click here to go to the submission form. Manuscripts can be submitted until the deadline. All papers will be peer-reviewed. Accepted papers will be published continuously in the journal (as soon as accepted) and will be listed together on the special issue website. Research articles, review articles as well as short communications are invited. For planned papers, a title and short abstract (about 100 words) can be sent to the Editorial Office for announcement on this website.

Submitted manuscripts should not have been published previously, nor be under consideration for publication elsewhere (except conference proceedings papers). All manuscripts are thoroughly refereed through a single-blind peer-review process. A guide for authors and other relevant information for submission of manuscripts is available on the Instructions for Authors page. Mathematics is an international peer-reviewed open access monthly journal published by MDPI.

Please visit the Instructions for Authors page before submitting a manuscript. The Article Processing Charge (APC) for publication in this open access journal is 1200 CHF (Swiss Francs). Submitted papers should be well formatted and use good English. Authors may use MDPI’s English editing service prior to publication or during author revisions.

Keywords

  • Multicriteria decision making
  • Optimization techniques
  • Multiobjective optimization

IV Foro de la Cátedra Hidralia+UGR. COVID-19: Oportunidad o amenaza para los ODS

Tengo el placer de comunicar mi participación en la Mesa Redonda sobre “Medio ambiente, clima, sostenibilidad y COVID-19“, que tendrá lugar el día 24 de noviembre de 2020, a las 18:35 h. Esta mesa se organiza dentro del IV Foro de la Cátedra Hidralia+URG Red Andaluza contra el Cambio Climático. Os paso la información del evento y os animo a inscribirse y a participar. Haga clic en el enlace a continuación para unirse al seminario web:
https://zoom.us/j/95398766471

¿Cómo está afectando la COVID-19 a la consecución de los Objetivos de Desarrollo Sostenible? Esta cuestión es la que se tratará de dilucidar en el IV Foro de la Cátedra Hidralia+UGR que tendrá lugar, por cuarto año consecutivo, por cuarto año consecutivo, que este año lleva por título COVID-19: Oportunidad o amenaza para los OD, enmarcado en el ciclo de actividades “Hablemos de Ingeniería Civil” de la World Council of Civil Engineers y donde se presentarán unos resultados preliminares del proyecto “Diseño de estrategias para afrontar el impacto del COVID-19 en el cumplimiento de la ODS en Andalucía” que se está desarrollando en el marco de la convocatoria de la Consejería de Economía, Innovación, Ciencia y Empleo de la Junta de Andalucía, sobre el SARS-COV-2 y la enfermedad COVID-19, cofinanciada con Fondos FEDER.

Os dejo a continuación el programa del Foro.

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Papel de la dimensión social en la optimización del mantenimiento orientado a la sostenibilidad de los puentes en entornos costeros

http://www.revistacyt.com.mx/index.php/tecnologia/324-at-reparacion-de-pilotes-submarinos-proteccion-de-estructuras-en-contacto-con-el-medio-marino

En los objetivos de desarrollo sostenible recientemente establecidos se reconoce la importancia de las infraestructuras para lograr un futuro sostenible. A lo largo de su ciclo de vida, las infraestructuras generan una serie de impactos cuya reducción ha sido uno de los principales focos de atención de los investigadores en los últimos años. La optimización de los intervalos de mantenimiento de las estructuras, como los puentes, ha despertado la atención del sector de la ingeniería civil, pues la mayoría de los impactos de las infraestructuras se producen durante la fase de servicio. Así pues, actualmente los puentes se proyectan para atender a los efectos económicos y ambientales derivados de las actividades de mantenimiento. Sin embargo, en esos análisis se suele descuidar el pilar social de la sostenibilidad. Dado que todavía no existe una metodología universalmente aceptada para su evaluación, la dimensión social no se incluye de forma efectiva en las evaluaciones del ciclo de vida de las infraestructuras. En la presente comunicación se evalúan los efectos del ciclo de vida de diseños alternativos de los tableros de hormigón de los puentes en un ambiente costero que requiere mantenimiento. Los intervalos de mantenimiento derivados de la fiabilidad se optimizan primero minimizando los impactos económicos y ambientales. En una segunda etapa del análisis, se incluye la dimensión social en el proceso de optimización y se comparan los resultados. Los resultados de optimización de estas evaluaciones combinadas se obtienen aplicando la técnica de toma de decisiones multicriterio AHP-TOPSIS. En este trabajo se muestra cómo la inclusión de la dimensión social puede conducir a estrategias de mantenimiento óptimo diferentes y más orientadas a la sostenibilidad. El enfoque tridimensional que se aplica aquí ha dado lugar a que se prefieran otras alternativas a las derivadas de la evaluación convencional que considera las perspectivas económica y ambiental. Esa conclusión apoya la idea de que se requieren evaluaciones holísticas del ciclo de vida para el diseño sostenible de las infraestructuras y de que es necesario hacer más esfuerzos urgentes para integrar la dimensión social en las evaluaciones de la sostenibilidad de las estructuras.

Referencia:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Role of the social dimension on the sustainability-oriented maintenance optimization of bridges in coastal environments. 10th International Conference on High Performance and Optimum Design of Structures and Materials HPSM/OPTI 2020, pp. 205-215, 3-5 June 2020, Prague, Czech Republic.

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Toma de decisiones aplicada a la construcción de un puente mixto en cajón

Os dejo a continuación un ejemplo sencillo de aplicación de la técnica AHP de toma de decisiones dirigida a la selección de alternativas en la construcción de un puente mixto en cajón. Se trata de un caso que utilizamos con nuestros estudiantes para enseñar la técnica. Tratamos de evitar que, en los estudios de soluciones, los estudiantes recurran siempre a las matrices de valoración ponderada, donde los pesos de cada criterio siempre se ponen de forma más o menos arbitraria, o bien para justificar la solución preferida. Este tipo de problemas también suelen aparecer en los concursos de licitación de obras públicas.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; ATA-ALI, N.; MARTÍ, J.V. (2019). Multi-criteria decision analysis techniques applied to the construction of a composite box-girder bridge. 13th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2019), Valencia, 11th, 12th and 13th of March, 2019, 1458-1467. ISBN: 978-84-09-08619-1

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Gestión de la innovación en las empresas constructoras

Tras la crisis financiera de 2008, que supuso una caída brutal de la contratación de obra pública en España, las empresas constructoras y consultoras tuvieron que internacionalizarse. Sin casi haber salido completamente de este trance, sobrevino la actual crisis sanitaria de la pandemia del coronavirus que ha acarreado una nueva recesión social y económica que, de momento, no se atisba su solución. Las consecuencias de esta nueva crisis, graves sin duda, aún no se sabe hasta dónde pueden alcanzar. Por tanto, el sector de la construcción vuelve a sufrir una convulsión de difícil pronóstico. Las nuevas tecnologías están teniendo un papel determinante en la forma de afrontar esta coyuntura, especialmente en el trabajo no presencial. Los cambios que podrían tardar décadas en llegar, nos han alcanzado de repente. La pregunta es la de siempre: ¿cómo afrontar la competitividad de las empresas en escenarios tan cambiantes como los actuales?

Parece evidente que la metáfora darwinista de la evolución podría aplicarse, con todas las cautelas necesarias, al mundo empresarial. Solo sobrevivirán aquellas organizaciones capaces de adaptarse rápidamente al nuevo entorno. Y para ello no es suficiente la mejora continua de nuestros procesos y productos, sino que se requiere un cambio radical, rupturista, basado en la innovación, capaz de crear un “océano azul” donde la competencia sea irrelevante.

A continuación os paso una clase que tuve que impartir en línea sobre la gestión de la innovación en las empresas constructoras. Se trata de una clase impartida en la asignatura “Gestión de la innovación en el sector de la construcción” del Máster Universitario en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil (MAPGIC) de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Caminos, Canales y Puertos de la Universitat Politècnica de València. La dejo en abierto para que la pueda ver quien esté interesado.

Open Access Book: Optimization for Decision Making

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con el profesor de la Universidad de Zaragoza, José María Moreno Jiménez. La labor de editar libros científicos es una oportunidad de poder seleccionar aquellos autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la optimización en la toma de decisiones.

Además, resulta gratificante ver que el libro se encuentra editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros os lo podéis descargar sin ningún tipo de problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/2958

Referencia:

YEPES, V.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (Eds.) (2020). Optimization for Decision Making. MPDI, 277 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-03943-221-9

 

 

Preface to ”Optimization for Decision Making”

Decision making is one of the distinctive activities of the human being; it is an indication of the degree of evolution, cognition, and freedom of the species. In the past, until the end of the 20th century, scientific decision-making was based on the paradigms of substantive rationality (normative approach) and procedural rationality (descriptive approach). Since the beginning of the 21st century and the advent of the Knowledge Society, decision-making has been enriched with new constructivist, evolutionary, and cognitive paradigms that aim to respond to new challenges and needs; especially the integration into formal models of the intangible, subjective, and emotional aspects associated with the human factor, and the participation in decision-making processes of spatially distributed multiple actors that intervene in a synchronous or asynchronous manner. To help address and resolve these types of questions, this book comprises 13 chapters that present a series of decision models, methods, and techniques and their practical applications in the fields of economics, engineering, and social sciences. The chapters collect the papers included in the “Optimization for Decision Making” Special Issue of the Mathematics journal, 2019, 7(3), first decile of the JCR 2019 in the Mathematics category. We would like to thank both the MDPI publishing editorial team, for their excellent work, and the 47 authors who have collaborated in its preparation. The papers cover a wide spectrum of issues related to the scientific resolution of problems; in particular, related to decision making, optimization, metaheuristics, simulation, and multi-criteria decision-making. We hope that the papers, with their undoubted mathematical content, can be of use to academics and professionals from the many branches of knowledge (philosophy, psychology, economics, mathematics, decision science, computer science, artificial intelligence, neuroscience, and more) that have, from such diverse perspectives, approached the study of decision-making, an essential aspect of human life and development.

Víctor Yepes, José María Moreno-Jiménez
Editors

About the Editors

Víctor Yepes Full Professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. degree in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politecnica de Valencia, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment
of concrete structures as well as optimization models for infrastructure asset management. He is currently teaching courses in construction methods, innovation, and quality management. He authored more than 250 journals and conference papers including more than 100 published in the journal quoted in JCR. He acted as an Expert for project proposals evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science, and he is the Main Researcher in many projects. He currently serves as the Editor-in-Chief of the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 international journals (Structure & Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcción, Advances in Civil Engineering, and Advances in Concrete Construction, among others).

José María Moreno-Jiménez Full Professor of Operations Research and Multicriteria Decision Making, received the degrees in mathematics and economics as well as a Ph.D. degree in applied mathematics from the University of Zaragoza, Spain; where he is teaching from the course 1980–1981. He is the Head of the Quantitative Methods Area in the Faculty of Economics and Business of the University of Zaragoza from 1997, the Chair of the Zaragoza Multicriteria Decision Making Group from 1996, a member of the Advisory Board of the Euro Working Group on Decision Support Systems from 2017, and an Honorary Member of the International Society on Applied Economics ASEPELT from 2019. He has also been the President of this international scientific society (2014–2018) and the Coordinator of the Spanish Multicriteria Decision Making Group (2012–2015). His research interests are in the general area of Operations Research theory and practice, with an emphasis on multicriteria decision making, electronic democracy/cognocracy, performance analysis, and industrial and technological diversification. He has published more than 250 papers in scientific books and journals in the most prestigious editorials and is a member of the Editorial Board of several national and international journals.

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Toma de decisiones multicriterio en el análisis sostenible del ciclo de vida de los puentes

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Civil Engineering and Managament, indexada en Q2 del JCR. Se trata de una revisión del estado del arte de la toma de decisiones multicriterio en el análisis sostenible del ciclo de vida de los puentes.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El diseño sostenible de las infraestructuras se ha convertido en un importante tema de estudio desde el reciente establecimiento de la Agenda 2030. En este artículo se ofrece una revisión sistemática de la bibliografía sobre la utilización de las técnicas de toma de decisiones basadas en criterios múltiples utilizadas hasta ahora para el proyecto sostenible de puentes. También se presta especial atención a la forma en que los estudios evalúan el comportamiento sostenible de los diseños de los puentes a lo largo de su ciclo de vida desde las perspectivas económica, ambiental y social. Aunque SAW y AHP se utilizan de manera recurrente en la evaluación sostenible de los puentes, el análisis de los artículos más recientes muestra que la aplicación de las técnicas TOPSIS y PROMETHEE están adquiriendo cada vez más relevancia para tal fin. La mayoría de los estudios se centran en la investigación de la construcción y la etapa de mantenimiento de los puentes. Sin embargo, se identifica la necesidad de un análisis más profundo cuando se trata de evaluar los impactos resultantes de la etapa del fin del ciclo vital de los puentes desde un punto de vista sostenible. Se ha detectado el uso de la lógica intuitiva y neutrosófica como alternativas emergentes al enfoque difuso de los problemas de toma de decisiones.

ABSTRACT

Sustainable design of infrastructures has become a major matter of study since the recent establishment of the Agenda 2030. This paper provides a systematic literature review on the use of multi-criteria decision making techniques used so far for the sustainable design of bridges. Special attention is put as well on how the reviewed studies assess the sustainable performance of bridge designs along their life cycle from the economic, the environmental and the social perspective. Although SAW and AHP are recurrently used in the sustainable assessment of bridges, the analysis of the most recent articles show that the application of TOPSIS and PROMETHEE techniques are gaining increasing relevance for such purpose. Most of the studies focus on the research of the construction and the maintenance stage of bridges. However, a need for further analysis is identified when it comes to the assessment of the impacts resulting from the End of Life cycle stage of bridges from a sustainable point of view. The use of intuitionistic and neutrosophic logic have been detected as emerging alternatives to the fuzzy approach of decision making problems.

KEYWORDS:

Decision making, sustainability, bridge design, state of the art, MCDM, life cycle assessment.

REFERENCE:

NAVARRO, I.J.; PENADÉS-PLÀ, V.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; REMPLING, R.; YEPES, V. (2020). Life cycle sustainability assessment for multi-criteria decision making in bridge design: A review. Journal of Civil Engineering and Management, 26(7):690-704. DOI:10.3846/jcem.2020.13598

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“The asset time bomb”: La bomba de relojería de las infraestructuras, y en particular, de los puentes

Figura 1. Colapso del puente I-35W en Minneapolis. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

Una noticia aparecida el 9 de diciembre de 2018 en El País con el siguiente titular “Fomento admite que hay 66 puentes con graves problemas de seguridad” abrió cierta inquietud en la opinión pública sobre la seguridad de nuestros puentes. Esta inquietud irrumpió en agosto de ese mismo año con el derrumbe de un puente en Génova (Italia). Pero los ejemplos no quedan aquí. Podríamos hablar de la sustitución de los cables del puente Fernando Reig, en Alcoy, o del Puente del Centenario, en Sevilla. O del derribo del puente Joaquín Costa, en Madrid. Ejemplos tenemos en todo el mundo. En cualquier caso, estamos hablando de cifras millonarias, de cortes de tráfico, pérdidas humanas, por poner algunas consecuencias sobre la mesa.

Los puentes son componentes críticos de las infraestructuras, pues su correcto funcionamiento es básico para la resiliencia de nuestros entornos urbanos. Sin embargo, un gran número de infraestructuras que están llegando al final de su vida útil al mismo tiempo. De hecho, la vida útil de muchos puentes se espera que sea menor a la proyectada debido al continuo deterioro provocado por el incremento del tráfico y de los impactos ambientales. Esto constituye una auténtica bomba de relojería (Thurlby, 2013), que junto al reto de la reducción de los impactos ambientales, son razones más que suficientes para preocuparnos de mejorar el mantenimiento de nuestros puentes. De hecho, ya hemos comentado en un artículo anterior un concepto totalmente relacionado con éste: la “crisis de las infraestructuras“. Yo me atrevería a afirmar algo que puede parecer muy duro: el derrumbe de nuestra civilización será paralelo al de las infraestructuras que les da soporte.

Hoy día los gestores de las infraestructuras tienen ante sí un reto importante consistente en mantenerlas en un estado aceptable con presupuestos muy limitados. De hecho, la inspección de los puentes, su mantenimiento y reparación constituyen tareas rutinarias necesarias para mantener dichas infraestructuras en buenas condiciones (Tong et al., 2019). Sin embargo, el problema pasa a ser grave cuando una parte significativa del parque de infraestructuras se encuentra cercano al final de su vida útil. Y lo que aún es peor, cuando existen riesgos de alto impacto y de baja probabilidad que pueden afectar gravemente a las infraestructuras. Resolver este problema es complicado, pues no se presta fácilmente a la exploración con los instrumentos analíticos y de previsión tradicionales.

El estado o deterioro de una infraestructura sigue un comportamiento similar, pero invertido, de la llamada “curva de la bañera“, que es una gráfica que representa los fallos durante el periodo de vida útil de un sistema o de una máquina. En este caso, según vemos en la Figura 2, el estado de condición o las prestaciones de la infraestructura permanece alto durante un periodo de tiempo hasta que empieza a decaer. Para los gestores es necesario conocer el comportamiento de las infraestructuras para tomar decisiones. Sin embargo, muchas veces desconocen en qué posición de la curva se encuentran y, lo que es peor, a qué ritmo se va a deteriorar. Por ejemplo, en la Figura 2 podemos ver que la caída en las prestaciones de A a B, o de B a C son similares, pero la velocidad de deterioro es muy diferente. Y lo que es peor de todo, llega un momento que la caída en las prestaciones ocurre de forma muy acelerada, sin capacidad de reacción por parte de los gestores. Por eso se ha utilizado el símil de la “bomba de relojería”.

Figura 2. Estado o prestaciones de una infraestructura (Thurlby, 2013)

La gestión y el mantenimiento de los puentes está empezando a ser un problema de una magnitud que está empezando a ser más que preocupante. Algunos datos son un ejemplo de ello: en el año 2019, 47000 puentes de los puentes en Estados Unidos, (más del 20% del total) presentan deficiencias estructurales (American Road & Transportation Builders Association, 2019); en Reino Unido, más de 3000 puentes estaban por debajo de los estándares y requerían reparación (RAC Foundation, 2019). Estos son buenos argumentos para aumentar la vida útil de los puentes.

Una de las tecnologías para mejorar la gestión y el mantenimiento de los puentes es la vigilancia de su estado estructural (structural health monitoring, SHM), que trata de mejorar el comportamiento de la estructura mediante el aprendizaje de los datos obtenidos durante su vida útil mediante su monitorización (Figura 3). Estos datos sirven para actualizar los modelos y comprobar el estado en que se encuentra la estructura, lo cual permite minimizar la incertidumbre de los parámetros empleados en los modelos. Sin embargo, aún no se ha resuelto completamente el paso de la obtención de los datos del puente en tiempo real a la toma de decisiones en la gestión y mantenimiento de los puentes.

Figura 3. Structural health monitoring. https://thestartupgrowth.com/2019/02/21/structural-health-monitoring-market-driven-by-rapid-expansion-in-the-infrastructure-sector-till-2024/

En un artículo anterior se explicó el concepto de gemelos digitales (digital twins). Estos modelos actualizados constantemente mediante la monitorización del puente, permitirían conocer en tiempo real el estado estructural del puente y también predecir su comportamiento en el caso de que ocurrieran determinadas circunstancias. Esta información sería clave a la hora de tomar decisiones en la gestión y el mantenimiento del puente.

Las preguntas clave que deberíamos responder serían las siguientes: ¿Es el puente seguro?, ¿cuánto tiempo será el puente seguro?, ¿cuál es el comportamiento estructural actual del puente?, ¿cuándo y cómo deberemos intervenir en el puente?

La respuesta a estas preguntas no es tan evidente como pudiera parecer a simple vista. Los gestores de las infraestructuras deberían ser capaces de entender y valorar en su justa medida los resultados estructurales de los modelos cuyos datos se actualizan en tiempo real. La dificultad estriba en conocer no solo los datos, sino las causas subyacentes a los cambios en el comportamiento estructural. Una ayuda son las técnicas procedentes de la inteligencia artificial, como el aprendizaje profundo, que permiten interpretar ingentes cantidades de datos e identificar patrones y correlaciones entre dichos datos. En un artículo anterior hablamos de este tema. Por otra parte, la actualización de los datos procedentes de la vigilancia de los puentes debería ser automática y en tiempo real. Aquí vuelve a cobrar importancia la inteligencia artificial, aunque nunca debería suplantar el conocimiento ingenieril que permite interpretar los resultados proporcionados por los algoritmos.

Por otra parte, la modelización del riesgo y la resiliencia es una labor necesaria para entender la vulnerabilidad de las infraestructuras. De esta forma seríamos capaces de desarrollar estrategias de mitigación, que podrían ser complementarias a las estrategias de gestión del deterioro que se han explicado anteriormente.

Por tanto, existe un auténtico salto entre la investigación dedicada a la monitorización en tiempo real de los puentes y la toma de decisiones para su gestión y mantenimiento. Los gemelos digitales apoyados en los actuales desarrollos tecnológicos como el “Internet de las cosas“, deberían permitir el paso de la investigación y el desarrollo a la innovación directamente aplicable a la realidad de la gestión de las infraestructuras.

Referencias:

AMERICAN ROAD & TRANSPORTATION BUILDERS ASSOCIATION (2019). 2019 Bridge Report. https://artbabridgereport.org/

RAC Foundation. (2019). Bridge maintenance table – GB local authorities. https://www.racfoundation.org/media-centre/bridge-maintenance-backlog-grows

THURLBY, R. (2013). Managing the asset time bomb: a system dynamics approach. Proceedings of the Institution of Civil Engineers – Forensic Engineering, 166(3):134-142.

TONG, X.; YANG, H.; WANG, L.; MIAO, Y. (2019). The development and field evaluation of an IoT system of low-power vibration for bridge health monitoring, Sensors 19(5):1222.

YEPES, V. (2020). Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación. https://victoryepes.blogs.upv.es/2019/10/30/computacion-cuantica-gemelos-digitales/

YEPES, V. (2020). La inteligencia artificial en la ingeniería civil. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/08/la-inteligencia-artificial-en-la-ingenieria-civil/

YEPES, V. (2020). El aprendizaje profundo (deep learning) en la optimización de estructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/15/el-aprendizaje-profundo-deep-learning-en-la-optimizacion-de-estructuras/

YEPES, V. (2020). La resiliencia de las infraestructuras. https://victoryepes.blogs.upv.es/2020/09/17/la-resiliencia-de-las-infraestructuras/

Licencia de Creative Commons
Esta obra está bajo una licencia de Creative Commons Reconocimiento-NoComercial-SinObraDerivada 4.0 Internacional.

Un enfoque multinivel para mejorar la planificación regional resiliente

Hace unos días tuvimos la ocasión de presentar una comunicación en la segunda edición de “International Conference on Innovative Applied Energy (IPC’20), que si bien iba a ser presencial en Cambridge (Reino Unido), al final se tuvo que realizar en línea por culpa de la pandemia. A continuación os dejo la presentación que hicimos y un resumen de la misma. Espero que os sea de interés.

Referencia:

SALAS, J.; YEPES, V. (2020). UPSS, a multi-level framework for improved resilient regional planning. Proceedings of the Second Edition of the International Conference on Innovative Applied Energy (IPC’20), 15-16 September, Cambridge, United Kingdom. ISBN (978-1-912532-18-6).

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