Simulación de la construcción de la cimentación del viaducto del río Ulla

Viaducto del río Ulla. https://es.wikipedia.org

El viaducto del río Ulla, es una obra de celosía tipo mixta propiedad del Ministerio de Fomento (Dirección General de Ferrocarriles), proyectado por IDEAM, construido por la UTE Dragados-Tecsa. Se inauguró el 30 de marzo del 2015. Este puente se convirtió en el récord del mundo en la tipología de celosía mixta de alta velocidad con tres vanos de 225 + 240 + 225 m que superan al del puente de Nantenbach sobre el río Main, en Alemania, que ostentaba el récord desde su conclusión en 1993 con 208 m de luz.

A continuación os paso una simulación en 3D realizada por la empresa PROIN3D del proceso constructivo propuesto para la ejecución de las cimentaciones del viaducto de río Ulla (Eje Atlántico de Alta Velocidad). Espero que os guste. Dura menos de 5 minutos.

También os dejo el artículo que describe el proceso constructivo de este puente singular, firmado por Francisco Miilanes, Miguel Ortega y Rubén A. Estévez, y que se publicó en la revista Hormigón y Acero.

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Paradoja de Zenón en la parsimonia del asiento de los suelos saturados

Figura 1. Inclinación de la torre de Pisa

Una de las paradojas que planteó el filósofo Zenón de Elea es que si para ir a un lugar recorres primero la mitad de la distancia, luego la mitad de la distancia que te queda por recorrer, y así hasta el infinito, nunca llegarás a tu destino, aunque estés toda la vida andando. Esta paradoja se solucionó matemáticamente en el siglo XIX al aceptar que la suma de 1/2 + 1/4 + … suman 1. Pues bien, un terreno saturado al que sometemos a una carga va a asentar de forma indefinida, pero no superará un valor tope determinado. Veamos esto con mayor detalle.

En un artículo anterior vimos hablamos del Principio de Terzaghi, por el cual un terreno se deforma solo cuando existe un cambio en sus tensiones efectivas. Cuando se carga un terreno saturado, éste tiene la costumbre provocar asientos que se incrementan con el tiempo, siempre que sea posible el drenaje. Esto plantea la pregunta de si los asientos crecerán de forma indefinida con el tiempo. Afortunadamente, el asiento tiende asintóticamente a una magnitud última a la cual se llegará, eso sí, en tiempo infinito.

Pero empecemos por el principio. En presencia de un sólido homogéneo, isótropo y linealmente elástico, la teoría de la elasticidad nos permite conocer perfectamente la deformación que tendrá ante un incremento de cargas. Para ello basta conocer el módulo de elasticidad E y el coeficiente de Poisson ν. Es más, si estamos ante este tipo de terreno y conocemos las ecuaciones de Hooke en términos efectivos (es decir, conocemos E‘ y  γ’, obtenidos en suelo drenado, a largo plazo), entonces tenemos herramientas para averiguar la deformación del terreno, tal y como vimos en el artículo que donde hablábamos de los asientos de cargas rectangulares en el semiespacio de Boussinesq. Este método sería válido para cargas de servicio o de trabajo, alejadas de la carga de rotura (factor de seguridad del orden de 3), que probablemente generen asientos elásticos. El método elástico será tanto más aceptable cuanto más se asemeje el comportamiento del suelo al del sólido lineal-elástico, como es el caso de los suelos granulares o las arcillas fuertemente sobreconsolidadas, bajo presiones normales de cimentación.

Sin embargo, no vamos a tener tanta suerte. El comportamiento del suelo es más complejo. De hecho, la deformación ocurrirá, tal y como se ha comentado anteriormente, cuando las presiones efectivas empiecen a cambiar. Y eso tendrá lugar si se permiten disipar las presiones intersticiales del terreno. Por tanto, las deformaciones van a depender, entre otros factores, de la permeabilidad. Terrenos altamente permeables, como gravas o arenas, van a deformar rápidamente, puesto que el agua drenará con mucha facilidad. Pero terrenos más impermeables como las arcillas, el proceso se dilatará en el tiempo. Es el fenómeno conocido como consolidación.

Por tanto, ante un terreno saturado, tenemos tres tipos de consolidación. La consolidación inicial la provoca un aumento de la presión total, que provoca un cambio de volumen debido a efectos como la disolución de las burbujas de aire, el cierre de fisuras o la reordenación de las partículas, entre otras posibles causas. La consolidación primaria, es provocada por el aumento de la presión efectiva como consecuencia de la disipación de las sobrepresiones intersticiales. Por último, la consolidación secundaria se produce a tensión efectiva constante, es decir, una vez disipada la sobrepresión intersticial y se debe a factores como la fluencia por desplazamientos y reorientaciones de partículas, o bien a la descomposición de la materia orgánica del suelo, entre otras posibles causas.

Figura 2. Curva de consolidación de un suelo saturado.

Para determinar tanto la magnitud de la deformación de un suelo al aumentar la tensión efectiva a la que está sometido (curva edométrica), como la velocidad a la que ocurre el asiento de consolidación (curva de consolidación), se utiliza el ensayo edométrico. De este ensayo y sus características hablaremos en otros artículos.

Pero aquí lo que queremos es ver cómo evolucionan los asiento con el tiempo durante el proceso de consolidación. En un proceso unidimensional, la ecuación que gobierna dicho proceso es la siguiente:

donde Cv es el denominado coeficiente de consolidación vertical, que depende del nivel de tensiones existente y cuyas unidades son [L2]/[T]. Este coeficiente en una arcilla puede deducirse de un ensayo edométrico de una muestra inalterada. Su valor tipo oscila entre 0,4 x 10-4  y 3 x 10-3 cm2/s, y los valores deducidos in situ oscilan entre 0,7 x 10-4  y 250 cm2/s (González Caballero, 2001).

Si definimos como grado de consolidación U la relación entre el asiento experimentado en un instante por el suelo respecto al asiento total, podemos utilizar U como variable auxiliar adimensional para resolver la ecuación diferencial anterior.

Si llamamos factor de tiempo a Tv, éste se encuentra relacionado con U. La solución simplificada de la ecuación diferencial, suponiendo que el incremento de presión total es uniforme o lineal en el caso del doble drenaje, nos lleva a dos ecuaciones sencillas, que son las siguientes:

Estas expresiones las hemos dibujado en la Figura 3, donde se relaciona U con Tv. Se puede observar que para el grado de consolidación del 100%, el factor de tiempo se hace infinito. No obstante, se puede considerar que un factor de tiempo Tv = 2 corresponde prácticamente al final de la consolidación primaria.

Figura 3. Factor de tiempo en función del grado de consolidación

Además, el coeficiente de consolidación vertical Cv está relacionado con el factor de tiempo Tv, con la distancia libre de drenaje d y con el tiempo t a través de la siguiente expresión:

Por tanto, se puede saber el tiempo que tardará en asentar un suelo saturado para alcanzar un grado de consolidación determinado conociendo la distancia libre de drenaje y el coeficiente de consolidación vertical. Los cálculos pueden realizarse rápidamente utilizando la gráfica de la Figura 4. Se ha dibujado el eje vertical en escala logarítmica. Cada función indica una longitud libre de drenaje distinta.

Figura 4. Relación entre el producto del coeficiente de consolidación y el tiempo con el grado de consolidación y la distancia libre de drenaje.

Vamos a hacer un cálculo aproximado utilizando la Figura 4. Si suponemos una arcilla con un coeficiente de consolidación Cv = 1,0 m2/año, en el periodo de 1 año, con una longitud de drenaje de 1 m, se habrá superado más del 90% del asiento previsto, pero si la longitud de drenaje es de 2 m, no llegaremos al 60% del asiento.

Se deja al lector curioso la demostración de que si la longitud de drenaje la dividimos por n, entonces el tiempo que se tardará en alcanzar el mismo grado de consolidación se divide por n2 . Así, por ejemplo, una capa de arcillas dispuesta entre dos capas de material granular tardará en alcanzar un mismo asiento en la cuarta parte del tiempo que si dicha capa estuviese dispuesta entre una capa granular y otra impermeable.

Referencias:

  • DAS, B. (2005). Fundamental of Geotechnical Engineering – 2nd ed, Technomic Publishing Co.
  • GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, 309 pp.
  • GONZÁLEZ DE VALLEJO, L.I. et al. (2004). Ingeniería Geológica. Pearson, Prentice Hall, Madrid.
  • IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
  • YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 326 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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Asientos de cargas rectangulares en el semiespacio de Boussinesq

Joseph Valentin Boussinesq. https://es.wikipedia.org/wiki/Joseph_Boussinesq

El matemático francés Joseph Valentin Boussinesq (1842-1929) desarrolló en 1885 una expresión matemática para obtener el incremento de esfuerzo en una masa semi-infinita de suelo debido a la aplicación de una carga puntual en su superficie. Dicha expresión se puede integrar para obtener soluciones para áreas cargadas. Para ello se supone que dicho semi-espacio es infinitamente grande, siendo un medio homogéneo, elástico lineal e isótropo.

Sabiendo que el terreno dista de ser un semiespacio de Boussinesq, se puede aplicar la Teoría de la Elasticidad para estimar los asientos producidos por una carga rectangular como pudiera ser la de una losa de cimentación o la de una zapata.  Estos asientos pueden producirse instantáneamente o bien con el paso del tiempo, los llamados asientos de consolidación. El modelo elástico proporciona soluciones para una gran variedad de problemas, y si bien el comportamiento del terreno no es generalmente elástico, hoy día se dispone de una amplia experiencia respecto al uso y limitaciones.

Una de las grandes ventajas que presenta la hipótesis de que el terreno es elástico lineal es la validez del principio de superposición, cuyo enunciado dice que “si se tienen dos estados de tensiones y deformaciones correspondientes, al estado tensional suma le corresponde el estado de deformaciones suma“.

Para el cálculo de las deformaciones con la teoría elástica es necesario conocer el módulo de elasticidad o módulo de Young, E, así como el coeficiente de Poisson, γ. Sin embargo, según el Principio de Terzaghi, “las deformaciones en suelos se deben a la variación de las tensiones efectivas“, por lo que las ecuaciones de Hooke deben escribirse en términos efectivos. Es decir, se deben utilizar E‘ y  γ‘, obtenidos en condiciones drenadas del suelo, es decir, a largo plazo. Este método sería válido para cargas de servicio o de trabajo, alejadas de la carga de rotura (factor de seguridad del orden de 3), que probablemente generen asientos elásticos. El método elástico será tanto más aceptable cuanto más se asemeje el comportamiento del suelo al del sólido lineal-elástico, como es el caso de los suelos granulares o las arcillas fuertemente sobreconsolidadas, bajo presiones normales de cimentación.

En las Tablas D.23 y D.24 del Código Técnico de Edificación se recogen valores orientativos de los módulos de elasticidad E‘ y del coeficiente de Poisson γ‘. En algunos casos no es posible trabajar con tensiones efectivas, por lo que en Geotecnia se hace en totales, utilizando unos parámetros elásticos en totales o aparentes.

Como un suelo saturado responde a corto plazo sin variar su volumen, ello supone un coeficiente de Poisson de 0,5 trabajando en tensiones totales. En ese caso se utiliza un módulo de elasticidad Eu denominado “módulo de elasticidad sin drenaje“. Este módulo es de difícil determinación, aunque se suele considerar  Eu  = 500·Cu, pero con errores del orden del 50%. Skempton recomienda adoptar como Eu el módulo secante correspondiente a una tensión aplicada igual al 65% de la tensión de rotura (coeficiente de seguridad F=3 en cimentaciones superficiales). Como los esfuerzos cortantes son iguales en tensiones totales o en efectivas, los módulos de rigidez G coincidirán, lo cual permite deducir Eu conocidos E‘ y γ‘ con la siguiente expresión:

Llegado a este punto, ¿cómo calculamos las deformaciones verticales al aplicar una carga sobre el terreno? Llamaremos “asientos” a dicha deformación vertical, distinguiéndose los “asientos instantáneos” los que ocurren a corto plazo, es decir, en condiciones sin drenaje. A ellos habría que sumar los asientos a largo plazo, en condiciones de drenaje, que son los “asientos de consolidación“. Por tanto, los asientos totales se calcularán con E‘ y γ‘ (condiciones drenadas, a largo plazo) y los asientos instantáneos con Eu  y con γ = 0,5. La diferencia serán los asientos diferidos (semejantes a los de consolidación). Veamos ahora los cálculos.

Para cargas flexibles con forma circular, cuadrada o rectangular, el asiento bajo el centro de las mismas se obtiene con la siguiente expresión:

En la que B es el lado menor del área cargada y IS es un coeficiente de influencia que vale IS =1 en cargas circulares y IS =1,122 en cargas cuadradas. Para cargas rectangulares se puede obtener el asiento en una esquina con la fórmula anterior pero adoptando un coeficiente de influencia que viene dado por esta expresión, donde n=L/B:

El Cuadro 1 y la Figura 1 nos dan valores para este coeficiente de influencia.

Cuadro. Valores del coeficiente de influencia en función de L/B

 

Figura 1. Coeficiente de influencia en función de L/B

Aplicando el principio de superposición que permite la teoría elástica, el lector puede comprobar de forma sencilla que el asiento en el centro es el doble que en una de sus esquinas (Figura 2).

Figura 2. Principio de superposición para calcular el asiento en el centro de una carga rectangular por suma de cuatro asientos de cargas rectangulares en su esquina

Por último, en el caso de una carga rígida, como sería el caso de muchas zapatas, se considera que el asiento es uniforme e igual, aproximadamente, a 0,8 veces el asiento que se obtendría en el centro si fuese una zapata flexible. Es fácil comprobar que dicho asiento valdría.

Como recordatorio, habría que decir que la carga que se aplica en superficie en las fórmulas anteriores se debería cambiar por la carga o tensión neta en el caso de que la carga se aplique tras una excavación previa. Es decir, la carga a utilizar en las fórmulas es la diferencia entre la tensión aplicada en superficie y la existente en el terreno a la profundidad del plano de cimentación. Dicho de otra forma, hay que quitar de la carga total aplicada la correspondiente al peso del terreno excavado.

Se deja al lector inquieto calcular el asiento en el centro de una zapata rectangular de 2,50 m x 5,00 m que se cimenta sobre unas arcillas con un peso específico saturado de 22 kN/m3, con un módulo de elasticidad efectivo de 92,00 MPa y un coeficiente de Poisson efectivo de 0,5. La zapata se apoya a 2,00 m de profundidad y el peso propio que se le transmite es de 100 kN/m2.

Referencias:

  • DAS, B. (2005). Fundamental of Geotechnical Engineering – 2nd ed, Technomic Publishing Co.
  • GONZÁLEZ CABALLERO, M. (2001). El terreno. Edicions UPC, 309 pp.
  • GONZÁLEZ DE VALLEJO, L.I. et al. (2004). Ingeniería Geológica. Pearson, Prentice Hall, Madrid.
  • IZQUIERDO, F.A. (2001). Cuestiones de geotecnia y cimientos. Editorial Universidad Politécnica de Valencia, 227 pp.
  • YEPES, V. (2016). Procedimientos de construcción de cimentaciones y estructuras de contención. Colección Manual de Referencia. Editorial Universitat Politècnica de València, 202 pp. Ref. 328. ISBN: 978-84-9048-457-9.

 

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El puente Sioux Narrows, un ejemplo de celosía Howe con madera

Figura 1. El puente Sioux Narrows, tras su remodelación. https://www.bydewey.com/kaasbio106.html

William Howe (1803-1852) patentó en 1840 la celosía Howe, similar a la Múltiple Kingspost pero sustituyendo los montantes traccionados de madera por tirantes de hierro forjado. En aquella época, el coste del hierro era comparativamente elevado y esto justificaba la disposición de los elementos más cortos (los montantes) en tracción. Esta disposición, al contrario que con la celosía Pratt, donde cuando está sometida a cargas equilibradas, las diagonales interiores están traccionadas y los elementos verticales están comprimidos.

Con esta tipología de viga en celosía se construyó en el año 1936 el puente Sioux Narrows, en Kenora (Ontario). Era un puente de vigas de madera de una longitud de 120 m, pero que con sus 64 m de luz fue durante años el puente de madera de un solo vano más largo de América del Norte. Se ubicó al otro lado de un estrecho en el Lago de los Bosques en la histórica comunidad de Sioux Narrows en el norte de Ontario y es propiedad de la Provincia de Ontario, Ministerio de Transporte. En vista de su antigüedad y singularidad, la Provincia de Ontario incluyó la estructura en su Lista de Puentes del Patrimonio.

 

Figura 2. Puente Sioux Narrows durante su construcción, en 1937.  https://en.wikipedia.org/wiki/File:Sioux_Narrows_UC.png

Hay muchos ejemplos de madera bien tratada que ha durado mucho tiempo a la intemperie. Éste ha sido el caso del puente Sioux Narrows. Después de unos 70 años de servicio ininterrumpido, este puente se demolió, no por falta de durabilidad, sino para dar cabida a un puente más ancho. Las celosías del puente se fabricaron con la madera del abeto Douglas, tratado con creosata impregnada a presión. La madera de este puente fueron tan duraderas que los largueros desechados se utilizaron recientemente para investigar en laboratorio la resistencia al corte de los largueros.

Figura 3. Puente Sioux Narrows. https://capitolsteel.ca/fr/projects/sioux-narrows-bridge/

 

En 1982, el puente se reconstruyó el puente pretensando las tablas de madera del tablero. En la década de 1990 y principios de la década de 2000, el deterioro de la calidad de la estructura requirió restricciones de carga y de carril en el puente, prohibiendo el paso de vehículos pesados de transporte forzados a desviarse por desvíos alternativos.

En 2002 se descubrió que el puente se encontraba en un estado de colapso progresivo y finalmente se tomó la decisión de reemplazarlo. Se construyó un puente temporal en 2003, y el puente de madera fue desmantelado. Desde el punto de vista de la planificación y la ingeniería, la designación del patrimonio requería que el equipo del proyecto considerara los aspectos patrimoniales y estéticos como un componente integral al examinar las alternativas para abordar las deficiencias estructurales. La solución final fue una en la que se preservaron las características patrimoniales originales del puente, a la vez que se proporcionó un puente nuevo, duradero y altamente funcional. Para preservar el carácter de este puente histórico y de atracción turística, se diseñó un nuevo puente con una celosía de acero ornamental que estaría revestida de madera. Todos los revestimientos de madera fueron precortados, pretaladrados y tratados.

En el siguiente enlace: https://www.georgearmstrong.ca/project-gallery/sioux-narrows-bridge/ podéis ver fotografías del proceso de construcción del puente actual.

Figura 4. Proceso de construcción del puente actual, 2005. https://www.georgearmstrong.ca/project-gallery/sioux-narrows-bridge/

 

 

Montaje de un puente de madera laminada

http://www.mediamadera.com/es/puentes-de-madera

La madera laminada se forma con piezas de madera unidas con adhesivo por sus extremos y caras, de forma que las fibras queden paralelas al eje del elementos. De esta forma, se pueden construir elementos que no se encuentran limitados en cuanto a su sección transversal, longitud o forma. A diferencia de la madera maciza, la madera laminada es un producto homogéneo, lo cual permite ajustar los cálculos de forma más precisa.

Si bien los antecedentes de la madera ensamblada, para dar acabados curvos, la empezó a utilizar el arquitecto francés Philibert Delorme en el Palacio de las Tullerías, en el siglo XVI. Tres siglos después, el coronel Emy, también en Francia, utilizó un sistema que consiste en vigas laminadas unidas con pernos y correas metálicas. Pero fue a principios del siglo XX cuando el suizo Karl Friedrich Otto Hetzer patentó la “madera laminada encolada para uso estructural”.

La construcción actual de puentes de madera es modular, transportándose las piezas a obra para posteriormente instalar la estructura en su ubicación definitiva. Las nuevas tecnologías en el uso de la madera laminada y la aplicación de protectores dan una mayor durabilidad. Es fácil llegar a construir puentes de madera laminada de luces que llegan a 50 m. A continuación os paso un par de vídeos sobre el montaje de puentes de madera. Espero que os gusten.

Colocación del nuevo puente de madera sobre el rio Mandeo – Betanzos (04/11/11)

Montaje de puente de madera en el río Mero, A Coruña. Este modelo de puente corresponde a una tipología de arcos portantes de madera laminada y tablero peatonal suspendido de tirantes metálicos.

Os dejo también un reportaje sobre este material que amplía la información que os he dado anteriormente de forma muy breve.

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¿Y tú qué opinas sobre el ODS-9 (infraestructuras sostenibles)?

Figura descriptiva del ODS-9 Industria, Innovación e Infraestructura

El 25 de septiembre de 2015, los líderes mundiales adoptaron un conjunto de objetivos globales para erradicar la pobreza, proteger el planeta y asegurar la prosperidad para todos como parte de una nueva agenda de desarrollo sostenible. Se trata de metas que deben alcanzarse con un horizonte puesto en el año 2030. Constituyen una iniciativa impulsada por Naciones Unidas para dar continuidad a la agenda de desarrollo tras los Objetivos de Desarrollo del Milenio (ODM). Son 17 objetivos y 169 metas propuestos como continuación de los ODM incluyendo nuevas esferas como el cambio climático, la desigualdad económica, la innovación, el consumo sostenible y la paz, y la justicia, entre otras prioridades.

Dentro de estos objetivos, el número 9 trata de “construir infraestructuras resilientes, promover la industrialización inclusiva y sostenible y fomentar la innovación” (os recomiendo la lectura de la publicación “Sostenibilidad y resiliencia de las infraestructuras” realizada por el Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de Madrid). Este objetivo, a su vez, cuenta con unas metas parciales, que son las siguientes:

9.1 INFRAESTRUCTURA SOSTENIBLE

Desarrollar infraestructuras fiables, sostenibles, resilientes y de calidad, incluidas infraestructuras regionales y transfronterizas, para apoyar el desarrollo económico y el bienestar humano, haciendo especial hincapié en el acceso asequible y equitativo para todos.

9.2 INDUSTRIAS INCLUSIVA Y SOSTENIBLE

Promover una industrialización inclusiva y sostenible y, de aquí a 2030, aumentar significativamente la contribución de la industria al empleo y al producto interno bruto, de acuerdo con las circunstancias nacionales, y duplicar esa contribución en los países menos adelantados.

9.3 ACCESO A PYMES A SERVICIOS FINANCIEROS Y CADENAS DE VALOR

Aumentar el acceso de las pequeñas industrias y otras empresas, particularmente en los países en desarrollo, a los servicios financieros, incluidos créditos asequibles, y su integración en las cadenas de valor y los mercados.

9.4 MODERNIZAR INFRAESTRUCTURA, TECNOLOGÍA LIMPIA

De aquí a 2030, modernizar la infraestructura y reconvertir las industrias para que sean sostenibles, utilizando los recursos con mayor eficacia y promoviendo la adopción de tecnologías y procesos industriales limpios y ambientalmente racionales, y logrando que todos los países tomen medidas de acuerdo con sus capacidades respectivas.

9.5 INVESTIGACIÓN CIENTÍFICA, CAPACIDAD TECNOLÓGICA

Aumentar la investigación científica y mejorar la capacidad tecnológica de los sectores industriales de todos los países, en particular los países en desarrollo, entre otras cosas fomentando la innovación y aumentando considerablemente, de aquí a 2030, el número de personas que trabajan en investigación y desarrollo por millón de habitantes y los gastos de los sectores público y privado en investigación y desarrollo.

9.A APOYO A INFRAESTRUCTURAS SOSTENIBLES Y RESILIENTES

Facilitar el desarrollo de infraestructuras sostenibles y resilientes en los países en desarrollo mediante un mayor apoyo financiero, tecnológico y técnico a los países africanos, los países menos adelantados, los países en desarrollo sin litoral y los pequeños Estados insulares en desarrollo.

9.B TECNOLOGÍA, INVESTIGACIÓN E INNOVACIÓN

Apoyar el desarrollo de tecnologías, la investigación y la innovación nacionales en los países en desarrollo, incluso garantizando un entorno normativo propicio a la diversificación industrial y la adición de valor a los productos básicos, entre otras cosas.

9.C ACCESO A TIC E INTERNET

Aumentar significativamente el acceso a la tecnología de la información y las comunicaciones y esforzarse por proporcionar acceso universal y asequible a Internet en los países menos adelantados de aquí a 2020.

Pues bien, con motivo de estos objetivos, la periodista Agustina Barbaresi ha elaborado una serie de entrevistas a expertos en cada uno de estos temas y ha creado la serie “17 caras para los ODS”, que se publica en la sección byzness, en la sección de economía de El Periódico. En este caso, tuve la oportunidad de ser entrevistado en relación al ODS-9, en especial con lo relacionado con las infraestructuras. La entrevista completa la podéis ver en: https://byzness.elperiodico.com/es/entorno/20191031/entrevusta-ods-9-victor-yepes-upv-infraestructuras-sostenibles-7707560 pero os pongo aquí un extracto de la misma. Espero que os sea de interés.

  1. El sector de la construcción es uno de las que más recursos naturales consume y uno de las que más gases de efecto invernadero emite. ¿Qué pasos deben darse para ir hacia una industria más sostenible?

La construcción es una actividad humana que permite el desarrollo de infraestructuras de todo tipo cuyo objetivo último es garantizar la economía y el bienestar de la población. Dicha actividad, junto con la minería, conforma un sector que es uno de los que consume mayor cantidad de recursos naturales, tanto renovables como no renovables. Para hacerse una idea, agota 2/5 partes de los áridos y ¼ de la madera, consumiendo el 40% de la energía total y el 16% de agua al año. Además, la fabricación del cemento necesario para la producción de hormigón origina, aproximadamente, un 7% del total de CO2 emitido a la atmósfera. Si se quiere mantener tanto la actividad económica como el bienestar social, resulta evidente que hay que reorientar la industria de la construcción para reducir al máximo este tipo de impactos. La buena noticia es que se ha desarrollado tecnología suficiente para que ello sea posible. Se trata proyectar y construir de forma diferente, considerando el impacto originado por el ciclo de vida completo de las infraestructuras, que no solo deben ser seguras, económicas, funcionales y con alta durabilidad, sino que desde el proyecto se deben incorporar otros objetivos como son los ambientales y los sociales. En este sentido, la prefabricación, el desarrollo de nuevos materiales y productos, la incorporación de técnicas de trabajo colaborativo tipo BIM, la inteligencia artificial, la monitorización y el seguimiento en tiempo real de las infraestructuras, la robotización y la automatización de los procesos constructivos, las nuevas formas de gestión como Lean Construction, entre otras muchas, son técnicas que permiten una gestión inteligente no solo de la construcción, sino del mantenimiento y explotación de las infraestructuras incorporando objetivos adicionales que, y esto es lo más importante, deben valorarse y exigirse por parte de la sociedad, la administración y las empresas.

  1. ¿Pueden avances tecnológicos tales como la inteligencia artificial o el big data contribuir a construir estructuras de manera más sostenible?

Tal y como hemos comentado anteriormente, estos avances tecnológicos son factores susceptibles de mejorar la sostenibilidad de las infraestructuras, pero son claramente insuficientes. El manejo de ingentes cantidades de datos para su uso en la toma de decisiones ha superado ampliamente las expectativas que solo hace unos pocos años se tenían al respecto. Esta misma semana se ha presentado en la revista Nature la primera demostración empírica del concepto de supremacía cuántica. Así, con una noticia que ha destapado cierta controversia, Google afirma que ha realizado en 200 segundos una tarea que, según sus cálculos, hubiera costado 10.000 años al superordenador más potente del mundo. Las implicaciones de todo tipo de este avance causan vértigo.

En efecto, esto abre una puerta de una importancia insospechada, pues permitirá, en breve, modelizar todo tipo de infraestructuras, construyendo gemelos digitales “Digital Twins”, que interactuarán con sus correspondientes entes reales retroalimentando, mejorando el modelo y dando previsiones en tiempo real sobre el comportamiento presente y futuro de las infraestructuras. La ingeniería del futuro inmediato no proyectará simplemente, sino que construirá modelos digitales antes de la materialización de las obras, y que luego retroalimentará con datos actualizados para tomar decisiones en tiempo real durante toda su vida útil. Además, del aprendizaje automático de la retroalimentación, se obtendrá conocimiento aplicable a otros casos similares. Estos modelos híbridos entre el mundo real y el digital estarán conectados en red, con lo que la suma de conocimiento será exponencial. Evidentemente, entre los datos de los que se alimentará el modelo estarán los que influyen en los aspectos de sostenibilidad antes mencionados, pero seguro que en muchos otros que ahora, incluso, no somos capaces de adivinar y que incluirán el comportamiento de las infraestructuras ante hechos que se consideraban poco probables (catástrofes climáticas, geológicas, inestabilidad social, etc.).

Sin embargo, he comentado que no son condiciones suficientes para el cambio. Al final, será el factor humano el que tenga que decidir en base a las previsiones y modelos a su alcance. Se dispondrá de mayor información, pero la responsabilidad última debería ser humana.

  1. Cuando se habla de sostenibilidad, sobre todo en sectores como la construcción, se tiende a pensar que hablamos únicamente de impacto ambiental. ¿Qué otros factores se evalúan?

Se ha hablado mucho de sostenibilidad ambiental en estos últimos años, de igual forma que antes se orientaban las infraestructuras hacia la sostenibilidad económica. Ambos factores deben seguir siendo prioritarios cuando se planifican, construyen y gestionan las infraestructuras. Sin embargo, hoy día cobra mayor importancia la sostenibilidad social. Este es un aspecto más complejo de analizar y es objeto de estudio en los últimos trabajos publicados en el ámbito científico.

En efecto, ya se ha dicho que las infraestructuras de todo tipo (carreteras, puertos, presas, encauzamientos, túneles, telecomunicaciones, hospitales, depuradoras, vivienda, ferrocarriles, industrias, etc.), a las cuales habría que añadir otras como las playas, el paisaje, los bosques, los océanos, los ríos o los ecosistemas naturales, son fundamento de las actividades económicas y del bienestar social presente y futuro de todos. Al comportarse como sistemas, cualquier alteración en una parte afectará al resto de forma irremediable.

Así, la implantación de una infraestructura en un territorio tiene un efecto a corto plazo en aspectos sociales como el empleo y otros a largo plazo como el despegue de determinadas actividades económicas. Pero el efecto es diferente en función del territorio. No es lo mismo la implantación de un hospital en una población aislada, sin ninguna infraestructura de este tipo, que la misma infraestructura en una ciudad donde ya existen decenas de hospitales.

El impacto social, por tanto, tiene al tiempo como un factor clave. Pero es que son muchos los impactos a valorar. Se ha mencionado el empleo pero se puede seguir con la sanidad, la educación, la seguridad ciudadana, la equidad social, la esperanza de vida, y otros que derivan directamente de aspectos ambientales como el ruido, la contaminación del agua, del aire, etc. En definitiva se trata del bienestar social, habiendo gobiernos, como el neozelandés, que ya anunciado que su presupuestó no se basará en el PIB como indicador de prosperidad, sino en otro basado en el bienestar. Llevado al extremo se podría hablar del índice de felicidad nacional propuesto por Bután.

Pero el problema aún es más complejo. Gran parte de las infraestructuras de todo tipo de la que gozan muchas naciones se han financiado a largo plazo y no se han previsto presupuestos suficientes para su mantenimiento. Se trata de una verdadera “crisis de las infraestructuras” de la que muy pocos hablan. La profunda crisis financiera global del 2008 priorizó la reducción a toda costa del déficit público. Esta crisis puede provocar que las generaciones futuras tengan que pagar la deuda de unas infraestructuras que disfrutaron sus padres y que ellos, además, se vean obligados a reparar. Por tanto, la equidad intergeneracional cobra una especial importancia en el caso de la gestión de las infraestructuras.

  1. ¿Cómo podemos saber si una infraestructura es o no sostenible? ¿Hay criterios unificados, ya sea técnicos o de otro tipo?

Desde mi punto de vista, el análisis del ciclo de vida constituye un proceso objetivo que permite evaluar las cargas ambientales y sociales asociadas a un producto, proceso o actividad, y por tanto, también a las infraestructuras. Se trata de una metodología que realiza un análisis de la cuna a la tumba, es decir, se trata de una herramienta de diseño que investiga y evalúa todos los impactos que incluye desde la extracción de las materias primas, la producción, distribución, uso y final de la vida útil, con su posible reutilización, reciclaje, valorización o eliminación de los residuos o desechos. Las normas internacionales ISO 140040 (principios y marco de referencia del análisis del ciclo de vida) e ISO 140044 (requisitos y directrices) son los documentos marco para dicho análisis. Aquí, lo más importante, es la coherencia y las hipótesis realizadas en las valoraciones. Por tanto, la existencia de amplias bases de datos actualizadas y consensuadas supone una necesidad para este tipo de evaluaciones. Además, estas evaluaciones deben ser transparentes y susceptibles de ser analizadas y criticadas por terceros a la hora de comparar distintos productos, procesos o servicios. También en el ámbito del sector de la construcción. La exigencia por parte de las administraciones públicas de la inclusión de análisis detallados de ciclo de vida en los proyectos de infraestructuras debería ser ya una obligación ineludible.

  1. ¿En qué consiste el método de redes bayesianas? ¿Existen otras metodologías que se puedan aplicar a la toma de decisiones relacionadas con la sostenibilidad social de los proyectos?

En preguntas anteriores hemos insistido en la importancia del factor humano en la toma de decisiones. Sin embargo, los datos de partida, las hipótesis o los criterios tomados pueden verse afectados por imprecisiones, cambios en los escenarios previstos o por cierta variabilidad que puede influir en el resultado de la decisión. Para evitar este tipo de problemas asociados con la incertidumbre, la investigación científica en este campo incluye análisis de sensibilidad en sus estudios para comprobar si las decisiones tomadas son robustas frente a cierta variación en las hipótesis o datos considerados. Las redes bayesianas, la lógica difusa, la teoría neutrosófica, la teoría de juegos, entre otros, son herramientas que sirven a este efecto.

Como se puede comprobar, las herramientas necesarias para afrontar este tipo de problemas de decisión tan complejos están a disposición de la comunidad científica. Ahora falta transferir de forma efectiva estos conocimientos al tejido empresarial y a las administraciones públicas para garantizar al máximo la toma de decisiones en aspectos tan relevantes como son las infraestructuras.

  1. ¿Cómo se educa a un ingeniero en sostenibilidad?

Existen al menos dos aproximaciones respecto a esta cuestión. La primera es la introducción paulatina de conceptos de sostenibilidad en las asignaturas que conforman el currículo del ingeniero. Incluso con asignaturas específicas donde se trate este tema. Se trata de un enfoque reactivo, una respuesta lenta y desfasada en el tiempo respecto a las necesidades. No obstante, este enfoque ya se está aplicando en gran parte de nuestras universidades.

Pero no es suficiente. No hay que olvidar que las escuelas técnicas deberían formar ingenieros para enfrentarse a una profesión que será totalmente diferente a la actual. Dicho de otra forma, la segunda aproximación sería la formación del ingeniero para la profesión que ejercerá dentro, digamos, de 20 años. Este segundo enfoque, sin duda, sería el adecuado y el más efectivo. Sin embargo, aunque se vislumbra lo que puede ser el futuro, sin duda, éste es incierto, y ello no deja de ser un obstáculo más a vencer.

Por tanto, habría que tomar una posición pragmática respecto a la educación. Debe existir una interacción constante entre la oferta y la demanda de cualificaciones en el mercado de trabajo. Por una parte, es imprescindible una adaptación constante de los planes de estudio a las nuevas realidades, venciendo muchas inercias internas. Por otro lado, la universidad debería incorporar lo antes posible al proceso de aprendizaje de los estudiantes las últimas novedades técnicas y científicas. Pero, además, esta transferencia debería también ser efectiva en las empresas y en las administraciones públicas. Las inercias en la licitación, adjudicación, construcción, gestión y mantenimiento de las infraestructuras dificultan enormemente el rápido cambio que demanda la sociedad.

  1. ¿Hay inquietud por la innovación en sostenibilidad en el ámbito universitario? ¿Existen ejemplos de proyectos de investigación académicos de universidades españolas relacionados con infraestructuras sostenibles?

La respuesta es afirmativa. Los proyectos de investigación acometidos por las universidades se financian por administraciones públicas, por empresas u otro tipo de entidades que orientan claramente sus objetivos hacia aspectos relacionados con la sostenibilidad. Dicho de otro modo, resulta difícil encontrar un proyecto de investigación actual que no se relacione, en mayor o menor medida, con alguno de los objetivos de sostenibilidad, ya sea ambiental o social. Por otra parte, el desarrollo tecnológico y la innovación basada en aspectos relacionados con la sostenibilidad constituyen, probablemente, el aspecto más trabajado en el ámbito empresarial. Ejemplos como la compra pública innovadora, la industrialización de viviendas sostenibles, la normalización y la prefabricación, ciudades inteligentes, economía circular, nuevos materiales, carreteras sostenibles, puentes inteligentes, optimización energética en viviendas, infraestructuras resilientes, son entre otros muchos más ejemplos, casos reales de I+D+I en el ámbito de las infraestructuras sostenibles. En el caso de nuestro grupo de investigación, en la Universidad Politécnica de Valencia, el último proyecto en el que estamos inmersos se denomina DIMALIFE: “Diseño y mantenimiento óptimo robusto y basado en fiabilidad de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”. Como se puede comprobar, esta línea de investigación es muy actual y productiva en resultados científicos.

Pero no todo son buenas noticias. Según el último informe COTEC 2019 sobre la innovación en España, los presupuestos de la Administración General del Estado y los de las Comunidades Autónomas redujeron las partidas destinadas a I+D+I, con unas bajas tasas de ejecución. En el año 2017 la inversión en I+D llegó al 1,20% del PIB, lejos del 2% que se fijó para el 2020. Estas cifras no son mucho mejores en el ámbito de la construcción. Por tanto existe un claro déficit presupuestario en los sectores públicos y privados que apoyen de forma más decidida la innovación, especialmente en el ámbito de la construcción.

  1. ¿Qué países del mundo muestran un mayor poderío en infraestructura sostenible? ¿Qué podemos aprender de ellos?

Es difícil establecer un ranking de países que lideren la construcción sostenible. Existen ejemplos como Noruega, donde la construcción de la Ópera de Oslo supuso un punto de inflexión en cuanto a la arquitectura sostenible. También existen ejemplos en países como Irlanda, Canadá o Australia. Otros países son contradictorios. Así, el Hotel Aliah, construido con motivo del Campeonato Mundial de Fútbol de 2014 es un ejemplo de los proyectos más ecológicos de Brasil, lo cual no significa que este país sea, en todos los ámbitos, líder en esta lista de construcción sostenible.

El problema, desde mi punto de vista, debería ser la lista de los países que están consumiendo de forma masiva recursos en la construcción, por estar en procesos de rápido crecimiento económico, o bien los países más contaminantes del mundo, entre los que estarían China, Estados Unidos, la India o Rusia.

  1. ¿Quién está innovando hoy más en el sector de las infraestructuras en España?

La capacidad tecnológica e innovadora de las empresas constructoras y consultoras españolas es de primer nivel en el ámbito internacional. Baste recordar que son estas empresas las que están abordando el diseño, la construcción y la gestión de grandes y complejos proyectos de infraestructuras. Pero esto no es fruto de la casualidad. La crisis económica en España trajo consigo una fuerte internacionalización de las empresas del sector de la construcción y de la gestión de infraestructuras que lideran las listas de las empresas mayores del mundo por ingresos internacionales.

Por tanto, la innovación en el ámbito de las infraestructuras no ha sido gratuita, sino que deriva de la experiencia adquirida en grandes obras realizadas en nuestro país (carreteras, obras hidráulicas, puertos, ferrocarriles, etc.) y de la sólida formación técnica recibida por nuestros ingenieros.

No obstante, la gestión de las grandes obras de infraestructuras, del transporte, del territorio, etc., alcanza no solo al ámbito del proyecto y la construcción, sino también al de la gestión. Es por ello que las administraciones y empresas públicas han incorporado gran parte de las innovaciones que en el ámbito de las estructuras se han desarrollado en los últimos años.

Con todo, no hay que olvidar el fuerte esfuerzo realizado en el ámbito de la investigación y el desarrollo tecnológico por parte de las universidades, institutos de investigación y empresas. No solo ha sido investigación básica, sino también investigación aplicada que ha sido transferida, en numerosas ocasiones, al tejido empresarial.

  1. ¿Qué opinas de los Objetivos de Desarrollo Sostenible enunciados por la ONU? ¿Se cumplirá la Agenda 2030?

La buena noticia es que existen dichos objetivos y se están difundiendo y trabajando en ellos de forma global. Sin duda, ha sido un gran acierto plasmar en un documento los grandes objetivos que tenemos por delante si, como especie, queremos sobrevivir. Es seguro que se lograrán avances en muchos de los aspectos planteados. Sin embargo, en mi opinión, existe cierto desfase entre la necesidad de cumplir con los objetivos y la emergencia que existe por conseguirlos. Desgraciadamente no todos los países, especialmente algunos de los más influyentes, están totalmente alineados con la consecución de estos objetivos por múltiples motivos. No obstante, creo que los avances tecnológicos, especialmente en el ámbito de la inteligencia artificial y las nuevas capacidades de los ordenadores cuánticos, pueden suponer un punto de inflexión. Lo que no tengo claro es si llegaremos a tiempo. Tampoco si nuestros déficits en cuanto a ética y valores seguirán aumentando a la misma velocidad que nuestros avances tecnológicos. Espero que el sentido común sea uno de los efectos positivos de la globalización, pues se trata de una de las armas más potentes, junto con la voluntad de acción, de las que disponemos para afrontar el futuro.

 

Os dejo unos vídeos sobre el ODS-9. Son de carácter divulgativo, pero pueden ser de interés.

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Construcción de estructura mixta: Torre BBVA Bancomer

Torre durante su construcción. https://es.wikipedia.org/wiki/Torre_BBVA_(M%C3%A9xico)#/media/Archivo:TorreBancomer_21-03-2014.JPG

La Torre BBVA Bancomer se ubica en un área de 6.600 m2 en la esquina que forman Paseo de la Reforma y la calle de Lieja, en la Colonia Juárez de la Ciudad de México. Su altura es de 235 metros hasta el helipuerto y 250 m hasta la punta de las antenas, sin embargo, la altura oficial llega a 235 m debido a que las antenas son decorativas. Cuenta con 60 pisos de 4,30 metros de altura cada uno en los pisos de oficinas y 3,7 m en los niveles de estacionamiento. La Torre aloja a 4.500 empleados, aproximadamente. El inmueble cuenta con certificación LEED ORO, amigable con el ambiente, ahorra un 40% de agua y 25% de energía.

El diseño del proyecto es de Legorreta + Legorreta y Rogers Stirk Harbour + Partners, la cimentación la realiza Cimesa y la gerencia de construcción corre a cargo de Turner y Marhnos. La construcción comenzó a principios del año 2008,  y se inauguró en el año 2016. Esta torre es la sede central en México del BBVA Bancomer, donde se ubican las oficinas principales.

Torre terminada, en 2016. https://es.wikipedia.org/wiki/Torre_BBVA_(M%C3%A9xico)#/media/Archivo:Torre_Bancomer_2016_3.jpg

Aquí os paso un par de vídeos de la construcción de esta torre, diseñada en estructura mixta. Espero que os guste.

La ingeniería clásica y su influencia en el urbanismo actual

Fernando Sáenz Ridruejo. https://www.juaneloturriano.com/noticias/2019/01/17/fernando-saenz-ridruejo.-colegiado-de-honor

Quisiera dejaros en mi blog la última clase magistral de D. Fernando Sáenz Ridruejo, profesor de la ETS Caminos Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid.

Sáenz Ridruejo es Colegiado de Honor de los Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. Fernando Gutiérrez de Vera, en su laudatio, afirmó con rotundidad que “Fernando es el historiador de los ingenieros de Caminos, el relator de sus obras, su entrega y sacrificio, sus intereses y campos de desarrollo. Así, ha puesto a nuestra disposición un caudal único de conocimiento sobre sus hombres y sus realizaciones, colaborando en más de 200 obras, con 5 libros propios, doblando su tarea de historiador con la de académico correspondiente y profesor en la Escuela de Madrid”.

La clase trata sobre la ingeniería clásica y su influencia en el urbanismo actual. Es un vídeo producido por el Gabinete de Tele-Educación de dicha universidad. Espero que os guste.

Computación cuántica y gemelos híbridos digitales en ingeniería civil y edificación

La ciudad Estado de Singapur desarrolla una copia virtual de sí misma, un proyecto basado en big data, IoT, computación en la nube y realidad virtual. https://www.esmartcity.es/2019/03/22/singapur-gemelo-digital-posibilidades-ofrece-ciudad-inteligente-tener-copia-virtual-exacta

En menos de una década, gran parte de los ingenieros dejarán de hacer proyectos, tal y como lo conocemos ahora, y pasarán a ser gestores de gemelos híbridos digitales de infraestructuras.

Este podría ser un buen titular periodístico que, incluso podría parecer ciencia ficción, pero que tiene todos los visos de convertirse en realidad en menos tiempo del previsto. Se podría pensar que las tecnologías BIM o los modelos digitales actuales ya son una realidad, es decir, se trata de dar un nuevo nombre a lo que ya conocemos y está en desarrollo, pero de lo que estamos hablando es de un nuevo paradigma que va a revolver los cimientos de la tecnología actual en el ámbito de la ingeniería. Voy a desgranar esta conclusión explicando cada uno de los avances y los conceptos que subyacen al respecto.

La semana pasada tuve la ocasión de escuchar la conferencia magistral, en el Congreso CMMoST, de Francisco Chinesta, catedrático en la ENSAM ParisTech e ingeniero industrial egresado por la Universitat Politècnica de València. Trataba de un nuevo paradigma en la ingeniería basada en datos y no era otra que la de los gemelos híbridos digitales, un paso más allá de la modelización numérica y de la minería de datos. Este hecho coincidió con el anuncio en prensa de que Google había publicado en la prestigiosa revista Nature un artículo demostrando la supremacía cuántica, un artículo no exento de polémica, pues parece ser que se diseñó un algoritmo que tiene como objetivo generar números aleatorios mediante un procedimiento matemático muy complejo y que obligaría al superordenador Summit, que es actualmente el más potente del mundo gracias a sus 200 petaflops, a invertir 10.000 años en resolver el problema, que que el procesador cuántico Sycamore de 54 qubits de Google habría resuelto en tres minutos y 20 segundos.

Si nos centramos en la supuesta supremacía cuántica de Google, se debería matizar la noticia al respecto. En efecto, IBM ya se ha defendido diciendo que su ordenador Summit no se encuentra tan alejado, pues se ha resuelto un problema muy específico relacionado con generar números aleatorios y que parece que Sycamore sabe resolver muy bien. De hecho, IBM afirma que ha reajustado su superordenador y que ahora es capaz de resolver ese mismo problema en 2,5 días con un margen de error mucho menor que el ordenador cuántico. Aquí lo importante es saber si esta computación cuántica estará, sin trabas o límites, accesible a cualquier centro de investigación o empresa para resolver problemas de altísima complejidad computacional (problemas NP-hard como pueden ser los de optimización combinatoria). Tal vez los superordenadores convencionales servirán para resolver unos problemas específicos en tareas convencionales, y los cuánticos, imparables en resolver otro tipo de problemas. Todo se andará, pero parece que esto es imparable.

Por tanto, parece que el hardware necesario para la una computación ultrarrápida está o estará a nuestro alcance en un futuro no muy lejano. Ahora se trata de ver cómo ha cambiado el paradigma de la modelización matemática. Para ello podríamos empezar definiendo al “gemelo digital”, o digital twin. Se trata de un modelo virtual de un proceso, producto o servicio que sirve de enlace entre un ente en el mundo real y su representación digital que está utilizando continuamente datos de los sensores. A diferencia del modelado BIM, el gemelo digital no representa exclusivamente objetos espaciales, sino que también podría representar procesos, u otro tipo de entes sin soporte físico. Se trata de una tecnología que, según todos los expertos, marcarán tendencia en los próximos años y que, según el informe “Beyond the hype“, de KPMG, será la base de la cuarta Revolución Industrial.

https://www.geofumadas.com/por-que-usar-gemelos-digitales-en-la-construccion/

Sin embargo, el gemelo digital no es una idea nueva, pues a principios de este siglo ya la introdujo Michael Grieves, en colaboración con John Vickers, director de tecnología de la NASA. Esta tecnología se aplica al Internet de las Cosas, que se refiere a la interconexión digital de objetos cotidianos con internet. Además, se encuentra muy relacionada con la inteligencia artificial y con la minería de datosdata-mining“. Empresas como Siemens ya están preparando convertir sus plantas industriales en fábricas de datos con su gemelo digital, o General Electric, que cuenta ya con 800.000 gemelos digitales para monitorizar virtualmente la cadena de suministro.

Con todo, tal y como explicó el profesor Chinesta (Chinesta et al., 2018), existe actualmente un cambio de paradigma hacia los gemelos digitales híbridos que, extrapolando su uso, va a significar la gran revolución en la forma de proyectar y gestionar las infraestructuras, tal y como avancé al principio del artículo.

En efecto, los modelos utilizados en ciencia y en ingeniería son muy complejos. La simulación numérica, la modelización y la experimentación han sido los tres pilares sobre los que se ha desarrollado la ingeniería en el siglo XX. La modelización numérica, que sería el nombre tradicional que se ha dado al “gemelo digital” presenta problemas prácticos por ser modelos estáticos, pues no se retroalimentan de forma continua de datos procedentes del mundo real a través de la monitorización continua. Estos modelos numéricos (usualmente elementos finitos, diferencias finitas, volumen finito, etc.) son suficientemente precisos si se calibran bien los parámetros que lo definen. La alternativa a estos modelos numéricos son el uso de modelos predictivos basados en datos masivos big-data, constituyendo “cajas negras” con alta capacidad de predicción debido a su aprendizaje automáticomachine-learning“, pero que esconden el fundamento físico que sustentan los datos (por ejemplo, redes neuronales). Sin embargo, la experimentación es extraordinariamente cara y lenta para alimentar estos modelos basados en datos masivos.

El cambio de paradigma, por tanto, se basa en el uso de datos inteligentes “smart-data paradimg“. Este cambio se debe basar, no en la reducción de la complejidad de los modelos, sino en la reducción dimensional de los problemas, de la retroalimentación continua de datos del modelo numérico respecto a la realidad monitorizada y el uso de potentes herramientas de cálculo que permitan la interacción en tiempo real, obteniendo respuestas a cambios paramétricos en el problema. Dicho de otra forma, deberíamos poder interactuar a tiempo real con el gemelo virtual. Por tanto, estamos ante otra realidad, que es el gemelo virtual híbrido.

Por tanto, estamos ahora en disposición de centrarnos en la afirmación que hice al principio. La nueva tecnología en gemelos digitales híbridos, junto con la nueva capacidad de cálculo numérico en ciernes, va a transformar definitivamente la forma de entender, proyectar y gestionar las infraestructuras. Ya no se trata de proyectar, por ejemplo, un puente. Ni tampoco estamos hablando de diseñar un prototipo en 3D del mismo puente, ni siquiera de modelar en BIM dicha estructura. Estamos hablando de crear un gemelo digital que se retroalimentará continuamente del puente real, que estará monitorizado. Se reajustarán los parámetros de cálculo del puente con los resultados obtenidos de la prueba de carga, se podrán predecir las labores de mantenimiento, se podrá conocer con antelación el comportamiento ante un fenómeno extraordinario como una explosión o un terremoto. Por tanto, una nueva profesión, que será la del ingeniero de gemelos virtuales híbridos de infraestructuras será una de las nuevas profesiones que reemplazarán a otras que quedarán obsoletas.

Se tratará de gestionar el gemelo durante el proyecto, la construcción, la explotación e incluso el desmantelamiento de la infraestructura. Se podrán analizar cambios de usos previstos, la utilización óptima de recursos, monitorizar la seguridad, y lo más importante, incorporar nuevas funciones objetivo como son la sostenibilidad económica, medioambiental y social a lo largo del ciclo de vida completo. Este tipo de enfoque es el que nuestro grupo de investigación tiene en el proyecto DIMILIFE. Proyectos como puentes, presas, aeropuertos, redes de carreteras, redes de ferrocarriles, centrales nucleares, etc. tendrán su gemelo digital. Para que sea efectivo, se deberá prever, desde el principio, la monitorización de la infraestructura para ayudar a la toma de decisiones. Además, servirá para avanzar en la aproximación cognitiva en la toma de decisiones (Yepes et al., 2015).

Os paso a continuación un vídeo sobre el uso de los gemelos digitales en la ciudad de Singapur.

A continuación os pongo un vídeo sacado de la página de Elías Cueto, de la Universidad de Zaragoza, en la que vemos cómo se interactúa con un gemelo virtual de un conejo.

 

En este otro vídeo, el profesor Chinesta explica el cambio de paradigma del que hemos hablado anteriormente en el artículo.

¿Qué es la computación cuántica? Aquí tenemos un vídeo de Eduardo Sáenz de Cabezón:

Referencias:

Chinesta, F.; Cueto, E.; Abisset-Chavanne, E.; Duval, J.L. (2018). Virtual, Digital and Hybrid Twins: A New Paradigm in Data-Based Engineering and Engineered Data. Archives of Computational Methods in Engineering, DOI: 10.1007/s11831-018-9301-4

Yepes, V.; García-Segura, T.; Moreno-Jiménez, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. DOI:10.1016/j.acme.2015.05.001

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Dúmperes extraviales rígidos

Dúmper Caterpillar CAT 777D

Son vehículos de transporte con caja basculante, cuyas características de cargas por eje[1] y dimensiones no le permiten circular por carreteras, circulando por tanto solo dentro de las obras o en explotaciones mineras. Todos sus elementos son robustos, sobre todo la suspensión, eje y bastidor, ya que circulan por pistas en mal estado. Tienen dos ejes, el delantero de dirección y el trasero de tracción, con ruedas gemelas. Necesitan trasladarse de una obra a otra mediante trailers.

Sus dimensiones pueden superar los 8 m. de anchura, 3.000 CV. de potencia y 360 t. de carga útil (el modelo más grande, Belaz 75710, puede llegar hasta 450 t.), aunque las habituales son una carga útil entre 10 y 75 t.[2], una potencia entre 130 y 700 CV. y una anchura máxima entre 2,50 y 5,00 m. Sus taras oscilan entre 7 a 60 t. y la distancia entre ejes varía de 1,15 a 1,95 veces del ancho de la vía. Pueden desplazarse a 50 o 60 km/h en pistas en buen estado, por lo que precisan motores potentes. Su dirección es hidráulica, con radios de giro mínimos y por tanto gran maniobrabilidad, mejor que la de los camiones.

Las cajas, robustas y construidas con aceros especiales de alta resistencia, suele tener su fondo en forma de “V” para bajar el centro de gravedad. Sus ruedas son de gran diámetro y anchura, que le da flotabilidad en terrenos blandos, con dibujos muy profundos y marcados para dar mayor adherencia.


[1]Su peso propio es del orden de 3 a 4 veces superior al de un camión normal, relación tara/carga equivalente a 0,75 mientras que en un camión es de 0,50.

[2]A partir de aquí ya no se usan en ingeniería civil, sino en minería.

Os paso a continuación algunos vídeos para que podáis comprobar el funcionamiento de este tipo de máquinas de acarreo.

 

Bueno, este par de vídeos que os dejo se salen un poco de los procedimientos constructivos:

Referencias:

YEPES, V. (2014). Maquinaria de movimiento de tierras. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 204. Valencia,  158 pp.