Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
En artículos anteriores ya presentamos el resumen, la justificación y las hipótesis de partida del proyecto de investigación RESILIFE: Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas, del cual soy investigador principal junto con el profesor Julián Alcalá. En este artículo expondremos los objetivos generales y específicos del proyecto.
El objetivo general consiste en afrontar el reto social y ambiental que supone el proyecto, el mantenimiento y la reparación de estructuras híbridas y MMC frente a situaciones extremas, mediante la optimización de los problemas complejos planteados en el ámbito de las decisiones públicas y privadas. Para alcanzar este objetivo, es necesario avanzar en la ciencia, integrando a diversos actores y grupos de expertos en la toma de decisiones, con el fin de incorporar criterios de sostenibilidad social y ambiental a lo largo de todo el ciclo de vida de las estructuras, considerando la variabilidad inherente al mundo real. Para abordar las incertidumbres que afectan al sistema, se propone aplicar metamodelos y metaheurísticas híbridas basadas en la fiabilidad. Estas se aplicarán no solo al diseño de nuevas estructuras, sino también al mantenimiento y la reparación de las existentes. Un análisis de sensibilidad de los escenarios presupuestarios y de las hipótesis de los inventarios del ciclo de vida proporcionará conocimientos significativos sobre las mejores prácticas. Cabe destacar que esta metodología podrá adaptarse a otros tipos de infraestructuras.
El objetivo general se desarrollará mediante los objetivos específicos mostrados en la Figura 2 y que se describen a continuación, de los cuales serán responsables los investigadores principales:
• OE-1: Análisis de las funciones de distribución de eventos extremos para el diseño óptimo basado en la fiabilidad que integre aspectos ambientales, sociales y económicos en la toma de decisiones multicriterio.
• OE-2: Cuantificación de la resiliencia de las estructuras ante múltiples amenazas, con el fin de garantizar la integración de la sostenibilidad en el diseño, el mantenimiento y la reparación de estructuras híbridas de acero y modulares.
• OE-3: Identificación de estrategias robustas y óptimas de reparación y mantenimiento para el óptimo mantenimiento de estructuras híbridas de acero y modulares resilientes.
• OE-4: Formulación y resolución del problema de optimización multiobjetivo que contemple el ciclo completo de estructuras híbridas de acero y modulares mediante metaheurísticas híbridas.
• OE-5: Comparación de las estructuras y los sistemas en términos de su resiliencia frente a la optimización heurística, teniendo en cuenta las incertidumbres presupuestarias a lo largo de su ciclo de vida.
• OE-6: Difusión de resultados y redacción de informes.
Figura 2. Objetivos específicos del proyecto RESILIFE
ICITECH (Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón). Universitat Politècnica de València
En artículos anteriores ya presentamos un resumen y la justificación del proyecto de investigación RESILIFE: Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas, del cual soy investigador principal junto con el profesor Julián Alcalá. En este artículo justificaremos las hipótesis de partida del proyecto.
La hipótesis principal de partida de RESILIFE es que un diseño óptimo y una construcción con estructuras híbridas basadas en los modernos métodos de construcción (MMC) son efectivos desde el punto de vista social y ambiental y resilientes ante eventos extremos. La novedad radica en el uso de la inteligencia artificial para optimizar la resiliencia y la sostenibilidad, con el fin de hacer frente a eventos extremos y evitar el colapso progresivo, protegiendo así la vida y la economía. De hecho, las estructuras híbridas de acero y las estructuras modulares son tipologías con elevadas posibilidades de generación de conocimiento (Sánchez-Garrido et al., 2023; Terreros-Bedoya et al., 2023). Además, existe un déficit de investigaciones que incorporen metaheurísticas híbridas emergentes y el aprendizaje profundo (deep learning, DL) en la optimización multiobjetivo resiliente de este tipo de estructuras. Estas técnicas extraen información no trivial de las inmensas bases de datos resultantes de la optimización y mejoran la calidad y el tiempo de cálculo. Otra novedad en este proyecto es el uso de la teoría de juegos en la optimización multiobjetivo, empleada en la última tesis doctoral del grupo. Con esta propuesta metodológica se pretende abordar las incertidumbres del mundo real, planteando la optimización resiliente basada en la fiabilidad y en diseños robustos. Esta hipótesis debe extenderse a la toma de decisiones multicriterio que atienda a la sostenibilidad social y ambiental del ciclo de vida completo, que contemple las fluctuaciones tanto de los parámetros como de los escenarios posibles, especialmente con fuertes restricciones presupuestarias. La resolución del problema planteado presenta serias dificultades, por lo que se deben explorar metamodelos y DL capaces de acelerar el cálculo (Negrín et al., 2023).
Para alcanzar los objetivos del proyecto se basan en determinadas hipótesis:
Hipótesis 1: Es rentable diseñar estructuras innovadoras, resilientes y robustas frente a eventos extremos, que puedan repararse cuando se optimicen a lo largo de su ciclo de vida.
Hipótesis 2: Las estructuras modulares permiten instaurar o restaurar infraestructuras rápidamente tras un evento extremo y son eficientes en términos sociales y ambientales.
Hipótesis 3: Las estructuras de acero híbridas mejoran las prestaciones de las estructuras de acero convencionales, mejorando la resiliencia ante eventos extremos, con niveles óptimos de sostenibilidad.
Hipótesis 4: Las metaheurísticas mejoran la calidad de las soluciones y reducen el tiempo de cálculo al combinarse con el aprendizaje profundo (DL).
Hipótesis 5: La optimización multiobjetivo de las estructuras híbridas de acero reduce los impactos sociales y ambientales a lo largo del ciclo de vida, y la teoría de juegos es una técnica efectiva.
Hipótesis 6: La optimización multiobjetivo puede dar lugar a soluciones inviables ante pequeñas variaciones en los parámetros o en las restricciones.
Hipótesis 7: Tanto el diseño óptimo basado en la fiabilidad como el diseño óptimo robusto conducen a soluciones menos sensibles a la variabilidad y a los cambios en los escenarios (especialmente presupuestarios), pero se basan en funciones de probabilidad poco realistas debido a la falta de datos.
Hipótesis 8: Es posible utilizar metamodelos y DL en el diseño óptimo robusto y en el diseño basado en fiabilidad para el proyecto y para el mantenimiento de estructuras híbridas y modulares.
Hipótesis 9: Las soluciones de mantenimiento óptimas de estructuras híbridas y modulares difieren si el análisis del ciclo de vida se incluye o no en la fase de proyecto.
Hipótesis 10: Dado un horizonte temporal para una estructura, es posible encontrar un diseño y una gestión posteriores de dicho activo que mejoren otras alternativas, incluso con presupuestos restrictivos.
Hipótesis 11: Las medidas de proyecto y preventivas derivadas de un sistema de apoyo a la toma de decisiones son preferibles a la reparación severa de las estructuras por su menor coste social y ambiental. La dimensión social incluye la integración del análisis de género en la investigación (IAGI).
Hipótesis 12: Es posible identificar buenas prácticas para el diseño, la conservación, el mantenimiento y el desmantelamiento de estructuras híbridas y modulares robustas frente a cambios presupuestarios y resilientes ante eventos extremos.
Referencias
NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2023). A systematic literature review on Modern Methods of Construction in building: an integrated approach using machine learning. Build. Eng., 73:106725.
TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. J Constr Steel Res, 207:107976.
Laboratorio de materiales del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH)
En un artículo anterior ya presentamos un resumen del proyecto de investigación RESILIFE: Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas, del cual soy investigador principal junto con el profesor Julián Alcalá. En este artículo justificaremos brevemente la necesidad de este proyecto.
Entre 2003 y 2013, diversos desastres naturales (terremotos, tsunamis, tifones, deslizamientos e inundaciones) y provocados por el ser humano (explosiones, vertidos o impactos) ocasionaron más de 1,1 millones de muertes, afectaron a más de 2000 millones de personas y provocaron pérdidas estimadas en 1,5 billones de dólares (Hao y Li, 2019). Estos eventos, que siguen presentes en los últimos años, resaltan la urgencia de desarrollar estructuras resilientes, sostenibles y de alto rendimiento que protejan la vida y la economía. Además, los eventos extremos requieren adaptaciones eficaces y económicas en el diseño, construcción, reparación y mantenimiento de infraestructuras, lo que impulsa la investigación en construcción sostenible para reducir la huella de carbono y otros impactos.
Los eventos extremos, junto con errores de diseño y construcción, y la falta de mantenimiento, suelen provocar daños estructurales locales que pueden desencadenar el colapso progresivo del edificio (Adam et al., 2018). Caredda et al. (2013) determinaron que este tipo de colapso se debió a errores de construcción y diseño en el 65 % de los casos estudiados. Algunos eventos han demostrado que las intervenciones preventivas locales pueden salvar tanto vidas de usuarios como infraestructuras, lo que resalta la importancia del mantenimiento. La falta de eficacia en las reparaciones de hormigón es uno de los principales problemas de la ingeniería estructural. En Europa, solo el 50 % de las operaciones de restauración en edificaciones de hormigón son efectivas, a pesar de que la rehabilitación representa casi la mitad de las inversiones en construcción (Borghese et al., 2023).
El crecimiento económico, el aumento de la población y de la urbanización, así como el calentamiento global y el agotamiento de los recursos naturales implican que la construcción de estructuras deba considerar la sostenibilidad, la durabilidad y una gestión inteligente del ciclo de vida, además de la seguridad, el rendimiento y la resiliencia. Para ello, es necesario emplear materiales sostenibles y residuos industriales en la construcción; nuevas formas y diseños estructurales para controlar las vibraciones y mitigar los efectos de las cargas; tecnologías de prefabricación innovadoras mediante impresión 3D y construcción modular para minimizar las interrupciones en la obra y mejorar el control de calidad; así como nuevos conceptos de diseño y construcción, estructuras desplegables y estructuras de sacrificio para mejorar la resiliencia y la resistencia a cargas extremas.
La recuperación de estructuras dañadas implica la utilización de recursos y la emisión de emisiones considerables. Por tanto, el diseño y la construcción de estructuras deben enfocarse en la sostenibilidad, la durabilidad, la resistencia múltiple, la resiliencia y la monitorización inteligente del ciclo de vida. Este enfoque es esencial para cumplir los ODS de las Naciones Unidas y abordar los desafíos climáticos y ambientales.
No obstante, la modernización de las infraestructuras conlleva un coste prohibitivo, lo que resalta la necesidad de asignar eficazmente los recursos presupuestarios limitados. Ante la complejidad de este desafío, se plantean propuestas de optimización resiliente para facilitar la toma de decisiones considerando la aleatoriedad e incertidumbres inherentes. Por ejemplo, esto se aplica a las redes eléctricas, donde los apagones derivados de condiciones meteorológicas adversas generaron costes anuales de entre 18 000 y 33 000 millones de dólares entre 2003 y 2012 (Yuan et al., 2015).
Una estructura resiliente bien diseñada puede no requerir reparación o bien puede recuperarse con reparaciones menores después de un evento extremo, como puede ser el caso de puentes con resiliencia sísmica (Dong et al., 2022). Guaygua et al. (2023) revelaron una correlación entre los edificios prefabricados y aspectos como las conexiones secas, la disipación de energía, el diseño óptimo y el colapso progresivo. Los últimos avances en estructuras industrializadas se centran en mejorar las uniones de las estructuras prefabricadas, que son los puntos más vulnerables ante los sismos. De este modo, se están construyendo edificios que, mediante ingeniosos métodos de disipación de energía, equiparan sus prestaciones y seguridad a las de las estructuras tradicionales sancionadas por la práctica. Sánchez-Garrido et al. (2023) detectan lagunas en la investigación, incluida la necesidad de aplicar más las estructuras innovadoras basadas en métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC). Asimismo, resaltan la importancia de abordar la mejora del entorno construido mediante el paradigma del diseño regenerativo. Se necesita más investigación para comprender los sistemas de construcción interdependientes mediante el uso de gemelos digitales.
Las estructuras de acero se consideraban resistentes a los terremotos, pero esta percepción cambió tras los eventos de Northridge en 1994 y Kobe en 1995, que revelaron fracturas frágiles, especialmente en las conexiones viga-columna. Desde entonces, se ha explorado el uso de materiales emergentes y diseños innovadores para reducir el riesgo de fallo frágil temprano (Fang et al., 2022). Los cambios extremos de temperatura afectan a la resistencia y la rigidez de las estructuras de acero, por lo que es necesario aumentar el tamaño de la sección transversal para compensar la reducción de la rigidez y evitar fallos estructurales (Keles et al., 2024). Esta reducción de la capacidad resistente con la temperatura también se observa en las estructuras de hormigón (Tang et al., 2023). Las vigas de acero híbridas optimizan la resistencia a la flexión y al cortante, y superan a los elementos de acero homogéneos. No obstante, la investigación debe cubrir las lagunas existentes en su aplicación a estructuras complejas y en su capacidad de resistir acciones extremas (Terreros-Bedoya et al., 2023). Otra oportunidad son los materiales compuestos multifuncionales que se aplican en columnas y permiten reducir el peso y mejorar la resistencia de los edificios altos y de los entornos agresivos. Estas innovaciones superan las limitaciones de las estructuras tradicionales de acero y hormigón, así como de las tecnologías convencionales de construcción (Sojobi et al., 2023).
No obstante, no todas las estructuras pueden diseñarse para resistir cualquier evento extremo, por lo que se tiende a incrementar su funcionalidad todo lo posible. El diseño de estructuras resilientes requiere esfuerzos colaborativos e interdisciplinarios para formular nuevos enfoques y métricas que consideren el rendimiento y los aspectos funcionales posteriores al evento. Las estructuras resilientes deben contemplar su vida útil en relación con los impactos de los desastres, las reparaciones, el mantenimiento y la evolución de las acciones que se les apliquen. Actualmente no existen procedimientos explícitos para cuantificar la resiliencia de las estructuras e infraestructuras en el contexto de múltiples amenazas ni para comparar las estructuras y los sistemas en términos de su resiliencia (Khaloo y Mobini, 2016). Surge la oportunidad de implementar aspectos de la resiliencia estructural, como la funcionalidad técnico-socioeconómica, los principios de diseño basados en el riesgo probabilístico y en la resiliencia, las dependencias ambientales y los sistemas de apoyo a la toma de decisiones basados en la resiliencia. Para ello, resulta fundamental integrar el proyecto estructural en el paradigma de los modelos de información en la construcción (BIM) (Fernández-Mora et al., 2022).
Referencias
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Los desastres naturales y humanos ocasionan pérdidas humanas y económicas considerables. Las estructuras dañadas deben diseñarse para recuperar su funcionalidad lo antes posible, lo que conlleva la necesidad de recursos y emisiones significativos. Por tanto, el diseño y la construcción de estructuras deben enfocarse en la sostenibilidad, la durabilidad, la resistencia múltiple, la resiliencia y la monitorización inteligente del ciclo de vida. Los eventos extremos, junto con errores de diseño, construcción y falta de mantenimiento, suelen provocar daños estructurales locales que pueden desencadenar el colapso progresivo de las infraestructuras. RESILIFE afronta el reto social que suponen el mantenimiento y la reparación de estructuras ante situaciones extremas, mediante la optimización de los problemas complejos planteados en el ámbito de las decisiones públicas y privadas. La hipótesis de partida es que un diseño óptimo y la construcción con estructuras híbridas basadas en los modernos métodos de construcción, en especial los modulares, son efectivos desde el punto de vista social y ambiental y resilientes ante eventos extremos. El reto será incorporar mejoras en el diseño para afrontar eventos extremos y equiparar estas estructuras en prestaciones y seguridad a las tradicionales. La innovación central consiste en plantear procedimientos explícitos para cuantificar la resiliencia de las estructuras ante múltiples amenazas y comparar las estructuras y los sistemas en términos de resiliencia. Para ello, se aplicarán técnicas de inteligencia artificial para optimizar la resiliencia, lo que demostrará su eficacia en los ámbitos social y ambiental ante eventos extremos. La novedad metodológica radica en el uso de metaheurísticas híbridas emergentes y Deep Learning en la optimización multiobjetivo, así como de la teoría de juegos, con el fin de lograr la pronta recuperación de su funcionalidad, con costes sociales y ambientales reducidos, y evitar su colapso progresivo. Además, se pretende profundizar en las técnicas de decisión multicriterio emergentes, como la lógica neutrosófica y otras, como las redes bayesianas. Esto no solo mejora la calidad y la velocidad de cálculo en el diseño, el mantenimiento y la reparación de estructuras, sino que también aborda las incertidumbres del mundo real y propone una optimización resiliente basada en la fiabilidad y en diseños robustos. En este contexto, en el mundo real existen incertidumbres, imperfecciones o desviaciones respecto a los parámetros utilizados en los códigos. Una estructura óptima se encuentra cercana a la región de infactibilidad, por lo que es necesario incorporar las incertidumbres para proporcionar diseños más robustos y fiables. Por otra parte, la fuerte limitación presupuestaria en momentos de crisis compromete seriamente las políticas de creación y conservación de infraestructuras, sobre todo si se registran incrementos de costes al introducir la resiliencia en el diseño. Los resultados esperados, tras un análisis de sensibilidad de distintas políticas presupuestarias asociadas a un horizonte temporal, pretenden detallar qué tipologías, actuaciones concretas de reparación y conservación, y alternativas de demolición y reutilización resultan adecuadas para minimizar los impactos ambientales y sociales, considerando la variabilidad.
Natural and human disasters cause considerable human and economic losses. Damaged structures must be designed to recover their functionality quickly, which involves significant resources and emissions. Therefore, the design and construction of structures must focus on sustainability, durability, multiple resistance, resilience, and intelligent life-cycle monitoring. Extreme events, design and construction errors, and maintenance failures often cause local structural damage that can trigger the progressive collapse of infrastructure. RESILIFE addresses the social challenge of maintaining and repairing structures in extreme situations by optimizing the complex problems posed at the level of public and private decisions. The starting hypothesis is that optimal design and construction with hybrid structures based on modern construction methods, especially modular ones, are socially and environmentally effective and resilient to extreme events. The challenge will be to incorporate design improvements to withstand extreme events and bring these structures on par with traditional structures in terms of performance and safety. The central innovation is to develop explicit procedures for quantifying the resilience of structures under multiple hazards and for comparing structures and systems in terms of resilience. To this end, artificial intelligence techniques will be applied to optimize resilience, demonstrating their effectiveness in social and environmental terms in the face of extreme events. The methodological novelty lies in using emerging hybrid metaheuristics and Deep Learning in multi-objective optimization and game theory to achieve early recovery of its functionality with reduced social and environmental costs, avoiding its progressive collapse. In addition, it is intended to deepen emerging multi-criteria decision-making techniques, such as neutrosophic logic and Bayesian networks. This not only improves the quality and speed of computation in the design, maintenance, and repair of structures but also addresses real-world uncertainties and proposes resilient optimization grounded in reliability and robust design principles. In this context, uncertainties, imperfections, or deviations from the parameters used in the codes exist in the real world. An optimal structure is close to the infeasibility region, so it is necessary to incorporate uncertainties to achieve more robust, reliable designs. On the other hand, the strong budget constraints present in times of crisis seriously compromise infrastructure creation and maintenance policies, especially when introducing resilience into the design, as this can increase costs. After a sensitivity analysis of different budgetary policies over a time horizon, the expected results aim to detail which typologies, specific repair and conservation actions, and demolition and reuse alternatives are most effective at minimizing environmental and social impacts, accounting for variability.
PROYECTO DE INVESTIGACIÓN:
Optimización resiliente del ciclo de vida de estructuras híbridas y modulares de alta eficiencia social y medioambiental bajo condiciones extremas. (RESILIFE). [Resilient life-cycle optimization of socially and environmentally efficient hybrid and modular structures under extreme conditions]. PID2023-150003OB-I00. Investigadores principales: Víctor Yepes y Julián Alcalá.
Durante los días 3 y 4 de julio de 2024 tiene lugar en Jaén (España) el 28th International Congress on Project Management and EngineeringAEIPRO 2024. Es una buena oportunidad para debatir y conocer propuestas sobre dirección e ingeniería de proyectos. Nuestro grupo de investigación, en el marco del proyecto HYDELIFE, presenta varias comunicaciones. A continuación os paso los resúmenes.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; GUAYGUA, B.; VILLALBA, P.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos basada en modelos de análisis multivariante. Aplicación al dimensionamiento de losas planas aligeradas.28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain)
Esta investigación propone una metodología para dimensionar losas innovadoras de hormigón armado sin vigas que permiten un uso eficiente de los materiales. Utilizando un enfoque estadístico y modelos de regresión lineal, se proporcionan criterios para calcular el espesor de la losa aligerada con esferas o discos plásticos presurizados, minimizando el número de variables. Este espesor puede estimarse a partir de la luz principal entre apoyos, de la altura del disco o del diámetro de la esfera, así como del uso previsto del edificio. El modelo final ajustado logra explicar el 98% de la variabilidad del espesor de la losa para luces comprendidas entre 5 m y 16 m. Este tipo de forjado contribuye a la reducción del consumo de hormigón y acero, lo que resulta en una disminución del peso y de las cargas aplicadas. Esto impacta directamente en los costos y mejora los indicadores ambientales frente a los sistemas tradicionales. Se presenta como una alternativa eficiente para edificaciones, permitiendo combinar parámetros estructurales, constructivos y sostenibles.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; SAIZ, D.; YEPES, V. (2024). Ingeniería de proyectos en Modernos Métodos de Construcción: El caso de edificios con losas planas mediante elementos aligerantes multiaxiales.28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain)
Los métodos modernos de construcción (Modern Methods of Construction, MMC), o como algunos la llaman “construcción inteligente”, constituyen alternativas a la construcción tradicional. Esta nueva forma de construir implica necesariamente un cambio en la forma de dirigir los proyectos, que pasan a ser industrializados, en los que la eficiencia estructural y constructiva, así como la sostenibilidad ambiental y social, son protagonistas. El objetivo del artículo es identificar los aspectos característicos de estas construcciones innovadoras que influyen en la ingeniería de proyectos, integrando a grupos multidisciplinares como arquitectos, ingenieros estructurales y empresas constructoras. Para ello, se realizará un estudio sobre el caso de edificios construidos con losas planas aligeradas mediante elementos aligerantes multiaxiales. Los resultados muestran que estos diseños permiten integrar el proyecto, la fabricación de elementos y el procedimiento constructivo. El proyecto de estas construcciones permite aligerar y reducir las cantidades de hormigón y acero en las zonas de las losas donde la capacidad portante es insignificante. Además, se ha comparado este diseño con otros tradicionales, destacando una reducción de costes y un aumento de la sostenibilidad a lo largo del ciclo de vida.
YEPES-BELLVER, L.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Análisis del predimensionamiento de tableros óptimos de puentes losa pretensados aligerados y su incidencia en el proyecto estructural.28th International Congress on Project Management and Engineering, AEIPRO, 3-4 de julio, Jaén (Spain)
El proyecto estructural suele basarse en la experiencia del proyectista. En ocasiones, dicha experiencia se plasma en fórmulas de predimensionamiento que, si bien ofrecen buenos resultados, en ocasiones arrastran ineficiencias cuando se comparan con técnicas actuales de optimización que tengan en cuenta las dimensiones económicas y ambientales. En este artículo se comparan reglas de dimensionamiento previo de estructuras basadas en la experiencia con técnicas de optimización. Se aplica al caso del proyecto de tableros de puentes tipo losa pretensados aligerados. El resultado de la investigación resalta la importancia de aplicar métodos basados en la optimización heurística y en metamodelos para actualizar la experiencia de los proyectistas y proponer nuevas fórmulas de predimensionamiento más ajustadas a la optimización económica y ambiental. Además, en el trabajo se ofrecen nomogramas de predimensionamiento, con el mínimo número de datos posible, que pueden ser de utilidad al proyectista en sus diseños previos.
De izquierda a derecha: Manuel Pulido, Vicente Negro, Víctor Yepes, Ricardo Marín y Alejandro Grindaly.
Hoy 19 de junio de 2024 ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Ricardo Martín Polo titulada “Integración de los elementos intangibles del paisaje en la gestión de los puertos deportivos mediante la aplicación de métodos de decisión multicriterio“, dirigida por Víctor Yepes Piqueras. La tesis recibió la máxima calificación de sobresaliente “cum laude”. Presentamos a continuación un pequeño resumen de la misma.
Resumen:
El objeto de esta tesis doctoral es cuantificar la importancia de los componentes intangibles del paisaje en la gestión de los puertos deportivos, aplicando métodos de decisión multicriterio.
El paisaje es un concepto que integra el medio físico, la presencia de un observador y una mirada subjetiva, fruto, a su vez, de un momento determinado. Este concepto tiene su origen en el arte y, en su evolución, ha ido adquiriendo mayor significación. Sin embargo, las diversas acepciones han ido quedando englobadas en el mismo término, lo que puede originar confusión en la interpretación de su expresión. En cualquier caso, dicha significación deberá encontrarse complementada en su contexto. El actual concepto de paisaje queda recogido en el Convenio Europeo del Paisaje, que supone una definición con carácter extensivo, integrador y dinámico, suponiendo un reconocimiento jurídico del mismo.
El elemento crucial en el paisaje estriba en la subjetividad, que le proporciona una característica distintiva en cada individuo. La forma en que se produce la relación entre el medio físico y el observador, así como en los mecanismos por lo que se incorporan al conocimiento, marcan el proceso de percepción y asimilación, No obstante, las condiciones socioculturales crean patrones que condicionan estos mecanismos llegando, en casos extremos, a disociarse de la realidad que los sustenta. Así pues, el conocimiento de los patrones culturales que filtran la mirada y la escala de aproximación a la significación del entorno, resultan factores sustanciales en los procesos de percepción y asimilación del entorno, en el análisis y la interpretación del paisaje.
Los puertos deportivos son instalaciones que se encuentran fuertemente vinculadas al turismo náutico. Se trata de elementos de transición entre el medio marítimo y el terrestre, proporcionando acomodo y actividades de ocio. Los puertos deportivos presentan una serie de relaciones con su entorno, con afecciones de carácter recíproco. Por una parte, existe una serie de condicionantes de carácter ambiental y social sobre el puerto deportivo, por lo que puede servir de espacio de oportunidad para proporcionar nuevos servicios basados en el potencial espacial y en los recursos naturales locales. Por otro lado, el puerto deportivo representa una oportunidad de revitalización de las comunidades próximas, no solo por los recursos tangibles, sino por los componentes intangibles. Dentro del primer grupo, el puerto puede incorporar materiales, colores y texturas diversas que den lugar a unos contornos y siluetas características, y que creen una imagen reconocible del mismo. Igualmente, es espacio portuario representa un área de oportunidad en una zona costera, frecuentemente sometida a presiones urbanísticas. En el segundo grupo, el puerto puede ser albergar recursos históricos, culturales, hospitalidad, seguridad, etc., que creen un ambiente agradable. Por tanto, el paisaje puede ser un activo importante dentro del puerto deportivo, estableciendo una identidad característica y propiciando unos valores intangibles atractivos para los usuarios y visitantes. En este sentido, no solo puede representar una ventaja competitiva respecto a otras instalaciones, sino materializarse en una ventaja económica dentro de su gestión.
Esta investigación propone procedimientos para integrar del paisaje en la gestión de los puertos deportivos, centrando la atención en los elementos intangibles del paisaje y proporcionando herramientas para su cuantificación a través de métodos de decisión multicriterio. Partiendo de una definición de paisaje en el puerto deportivo, se asocia este elemento con las actividades relacionadas con la gestión de los puertos deportivos. Resulta importante la percepción que tienen del paisaje tanto los gestores del puerto deportivo como sus usuarios. En el primer caso, es un reflejo de las fortalezas y debilidades de este concepto y, por tanto, representa un punto de partida en su gestión. En el segundo caso, los valores paisajísticos percibidos por los usuarios ponen de manifiesto sus preferencias. Además, la asignación de un valor a este paisaje, tanto desde una perspectiva social como económica, evidencia una cuantificación de la importancia de los elementos intangibles del paisaje.
MARTÍN, R.; YEPES, V. (2017). El paisaje en la planificación y gestión de los puertos deportivos en Andalucía.Revista de Obras Públicas, 164 (3593):38-55.
Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Journal of Civil Engineering & Management (indexada en el JCR, Q1) un artículo que analiza el uso de la toma de decisiones con criterios múltiples (MCDM) para evaluar y modernizar edificios, centrándose en la integración de los criterios de seguridad y sostenibilidad. Asimismo, identifica los métodos MCDM más comunes, como el AHP, el SAW y el TOPSIS, y ofrece recomendaciones para futuras investigaciones a fin de mejorar los procesos de toma de decisiones en la renovación de edificios. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Las contribuciones más importantes de este trabajo son las siguientes:
El documento realiza una revisión exhaustiva de la literatura sobre los métodos de toma de decisiones con criterios múltiples (MCDM) para evaluar, seleccionar y modernizar edificios, haciendo hincapié en la integración de los criterios de seguridad y sostenibilidad.
Aborda la necesidad de realizar evaluaciones con múltiples objetivos en la modernización sostenible para demostrar la sostenibilidad tanto a corto como a largo plazo, colmando así un vacío de conocimiento en el campo de la seguridad estructural y la sostenibilidad de los edificios existentes.
El estudio evalúa la tendencia actual de utilizar los MCDM para integrar las tres dimensiones de la sostenibilidad con la seguridad estructural, destacando el potencial de las aplicaciones de los MCDM en la toma de decisiones en los ámbitos de la ingeniería civil, la construcción, la tecnología de la construcción y la sostenibilidad.
La investigación tiene como objetivo proporcionar información sobre la evaluación, la selección y la modernización de edificios sostenibles y seguros, y ofrece recomendaciones para futuras investigaciones a fin de mejorar las soluciones de toma de decisiones para integrar los aspectos de seguridad y sostenibilidad en los edificios existentes.
Las conclusiones del artículo son las siguientes:
El estudio revisa 91 artículos sobre la evaluación, la selección y la modernización de edificios mediante métodos de toma de decisiones basados en criterios múltiples, lo que indica el creciente interés de la comunidad científica por esta área.
Los investigadores se centran en los edificios públicos, en particular en las escuelas y los edificios históricos, e integran las consideraciones económicas y sociales al evaluar los edificios vulnerables y las opciones de modernización.
El enfoque actual hace hincapié en la integración en cuatro dimensiones de los aspectos de seguridad, económicos, sociales y ambientales en la modernización de edificios, aunque los criterios específicos para cada dimensión carecen de consenso.
El proceso analítico jerárquico (AHP) se utiliza ampliamente para la ponderación de los criterios, mientras que el método TOPSIS es el preferido para integrar los criterios de sostenibilidad y seguridad en la modernización de edificios.
El estudio destaca la necesidad de seguir investigando para abordar la subjetividad en la toma de decisiones, incorporar el análisis del ciclo de vida y explorar nuevos sistemas de gestión multifuncional para mejorar la integración de la seguridad y la sostenibilidad en las evaluaciones y modernizaciones de los edificios.
Abstract:
Multiple criteria decision-making (MCDM) has experienced significant growth in recent years, owing to its capacity to integrate even contradictory criteria. This study conducted a comprehensive literature review of MCDM for assessing, selecting, and retrofitting buildings. The bibliometric search used a search algorithm in specialized databases. A filtering and expansion process was done by reviewing references, and 91 relevant articles were selected. The analysis revealed that in a group of studies, socioeconomic criteria were used to assess the vulnerability of buildings. On the other hand, some research integrated the three dimensions of sustainability (economic, social, and environmental) along with safety considerations when identifying optimal retrofit alternatives. Classic MCDMs are prevalent in research within this field. Among the most used methods, the Analytic Hierarchy Process (AHP) was employed for criteria weighting, Simple Additive Weighting (SAW) for constructing vulnerability indices, and Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution (TOPSIS) for building retrofitting. This literature review contributes to the path toward a holistic renovation of the existing building stock, providing recommendations for future research to improve decision-making solutions for integrating the safety and sustainability of existing buildings.
Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El documento explora el diseño de estructuras modulares prefabricadas sostenibles utilizando la optimización multiobjetivo (MOO) y la toma de decisión multicriterio (MCDM) con algoritmos avanzados como NSGA-II, NSGA-III y RVEA. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El artículo destaca la importancia de integrar la sostenibilidad del ciclo de vida en los proyectos de infraestructura de transporte para estimular la innovación y la colaboración entre las partes interesadas. Además, presenta una estrategia de diseño novedosa que se centra en la optimización del ciclo de vida de los marcos modulares prefabricados de hormigón armado (RCPMF). Por último, amplía la comprensión de la aplicabilidad de los algoritmos avanzados de MOO y las técnicas de MCDM para mejorar el desarrollo sostenible de la infraestructura.
Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:
El estudio evalúa el rendimiento de optimización del ciclo de vida de los algoritmos NSGA-II, NSGA-III y RVEA dentro de una estructura prefabricada tipo marco de diseño coherente para una infraestructura de transporte sostenible.
El NSGA-III se identifica como el algoritmo con mejor rendimiento, lo que demuestra su potencial para facilitar enfoques de diseño sostenibles.
El problema del MCDM se evalúa rigurosamente y se abordan nueve soluciones no dominantes generadas por los algoritmos de optimización, lo que demuestra la eficiencia y la fiabilidad del marco integrado de MOO y MCDM.
Los resultados abogan por un enfoque transformador del desarrollo de infraestructuras, orientado hacia soluciones de ingeniería más avanzadas y sostenibles.
Abstract:
The advancement toward sustainable infrastructure presents complex multi-objective optimization (MOO) challenges. This paper expands the current understanding of design frameworks that balance cost, environmental impacts, social factors, and structural integrity. Integrating MOO with multi-criteria decision-making (MCDM), the study targets enhancements in life cycle sustainability for complex engineering projects using precast modular road frames. Three advanced evolutionary algorithms—NSGA-II, NSGA-III, and RVEA—are optimized and deployed to address sustainability objectives under performance constraints. The efficacy of these algorithms is gauged through a comparative analysis, and a robust MCDM approach is applied to nine non-dominated solutions, employing SAW, FUCA, TOPSIS, PROMETHEE, and VIKOR decision-making techniques. An entropy theory-based method ensures systematic, unbiased criteria weighting, augmenting the framework’s capacity to pinpoint designs, balancing life cycle sustainability. The results reveal that NSGA-III is the algorithm converging towards the most cost-effective solutions, surpassing NSGA-II and RVEA by 21.11% and 10.07%, respectively, while maintaining balanced environmental and social impacts. The RVEA achieves up to 15.94% greater environmental efficiency than its counterparts. The analysis of non-dominated solutions identifies the 𝐴4𝐴4 design, utilizing 35 MPa concrete and B500S steel, as the most sustainable alternative across 80% of decision-making algorithms. The ranking correlation coefficients above 0.94 demonstrate consistency among decision-making techniques, underscoring the robustness of the integrated MOO and MCDM framework. The results in this paper expand the understanding of the applicability of novel techniques for enhancing engineering practices and advocate for a comprehensive strategy that employs advanced MOO algorithms and MCDM to enhance sustainable infrastructure development.
Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Physics: Conference Series, referente a la comunicación que presentamos en la WindEurope Annual Event 2024 en Bilbao. El estudio se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
El documento evalúa la sostenibilidad de los cimientos de los aerogeneradores utilizando un enfoque holístico, comparando diferentes alternativas concretas en función de los impactos del ciclo de vida y empleando un modelo de toma de decisiones multicriterio. Cuantifica la sostenibilidad y clasifica el hormigón con escorias de alto horno como el más sostenible, seguido del hormigón convencional y las cenizas volantes, y proporciona una metodología para la optimización del diseño con una perspectiva sostenible.
Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:
El estudio concluye que la alternativa del hormigón con escorias molidas de alto horno (GBFS) demuestra índices de sostenibilidad más altos en comparación con el hormigón convencional (CONV) y el hormigón con cenizas volantes (FA) para cimentaciones de aerogeneradores.
El GBFS supera al CONV y al FA en términos de impacto ambiental, mientras que el CONV es más económico que el GBFS y el FA, y el GBFS muestra impactos sociales más destacados según los indicadores de los trabajadores.
El documento hace hincapié en la importancia de tener en cuenta simultáneamente las dimensiones económica, ambiental y social al optimizar el diseño, y destaca la necesidad de adoptar un enfoque holístico de la sostenibilidad en el diseño de las cimentaciones de las turbinas eólicas.
Abstract
Recently, wind power has emerged as a prominent contributor to electricity production. Minimizing the costs and maximizing the sustainability of wind energy is required to improve its competitiveness against other non-renewable energy sources. This communication offers a practical approach to assess the sustainability of wind turbine generator foundations from a 3-dimensional holistic point of view. Specifically, the main goal of this study is to analyse the life cycle impacts of one shallow foundation design by comparing three different concrete alternatives: conventional concrete, concrete with 66-80% of blast furnace slags and concrete with 20% fly ash, and then to apply a Multi-Criteria Decision-Making model based on TOPSIS method to evaluate and compare the resulting sustainability of each alternative considered. The study results in a methodology for quantifying sustainability rather than simply qualifying it. Therefore, with a sustainable perspective, this methodology can be employed for design optimization, such as geometry and materials. Specifically, in this study, concrete with blast furnace slags emerges as the top-ranked sustainable alternative, followed by conventional concrete in second place and the fly ash option in third position.
Acaban de publicarnos un artículo en el Journal of Cleaner Production, revista indexada en el primer decil del JCR. El trabajo evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando, el recrecimiento de la sección de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono. El estudio destaca la importancia de tener en cuenta todas las etapas en la evaluación del ciclo de vida a la hora de rehabilitar edificios, incluidas las consideraciones de diseño, pruebas, construcción, uso y final de la vida útil. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Las contribuciones de este trabajo de investigación son las siguientes:
Evalúa las alternativas de reacondicionamiento de columnas de hormigón armado en una región de alto riesgo sísmico, comparando el recrecido de hormigón, el encamisado de acero y el refuerzo con fibra de carbono.
Realiza un análisis exhaustivo para evaluar los impactos económicos y ambientales mediante evaluaciones del ciclo de vida.
Presenta una jerarquía estructurada de criterios e indicadores para la evaluación de las opciones de modernización, lo que ayuda a los técnicos y a los responsables de la toma de decisiones.
El encamisado de acero se consideran la mejor opción debido a su rendimiento equilibrado en todos los criterios, mientras que los recrecidos de hormigón se consideran menos favorables debido a su elevado impacto ambiental y funcional. La rehabilitación con fibra de carbono es una alternativa viable con un menor impacto medioambiental y una mayor funcionalidad, a pesar de los importantes costes de las materias primas.
Abstract
The critical earthquakes of the last few years highlight the urgent seismic retrofitting of existing buildings due to their aging or inadequate design. This paper aims to evaluate reinforced concrete column retrofit alternatives in a region of high seismic risk. When deciding between various building retrofit options, significant economic, environmental, and functional factors must be considered. The study uses a cradle-to-grave analysis to examine the economic and environmental impacts through life cycle assessments. Specifically, the life-cycle performance of three classic alternatives for rehabilitating columns lacking adequate confinement is compared: concrete jacketing, steel jacketing, and carbon fiber incorporation. The research adopts a holistic approach using multi-criteria decision-making methods, integrating economic, environmental, and functional criteria. A set of criteria and indicators is presented in a structured hierarchy that facilitates the orderly evaluation of alternatives. The results suggest that steel jacketing is preferred, as it presents a balanced performance in most criteria. The incorporation of carbon fiber is viable due to its low environmental and functional impact, although the high production costs of the raw materials limit it. In contrast, concrete jacketing has the highest environmental and functional impacts, making it the least favorable option. The results of this study will provide relevant information for engineers and decision-makers to select the most suitable options for building retrofit when considering several simultaneous perspectives.
VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). Life cycle evaluation of seismic retrofit alternatives for reinforced concrete columns.Journal of Cleaner Production, 455:142290. DOI:10.1016/j.jclepro.2024.142290
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