Jean-Victor Poncelet (Metz, 1 de julio de 1788 – París, 22 de diciembre de 1867) fue un destacado matemático e ingeniero francés cuyas importantes contribuciones permitieron revalorizar la geometría proyectiva como una disciplina matemática fundamental.
En el ámbito matemático, su trabajo más relevante se centró en esta disciplina. Sin embargo, una de sus primeras colaboraciones con Charles Julien Brianchon resultó en una significativa aportación al teorema de Feuerbach. También realizó descubrimientos sobre los conjugados armónicos proyectivos y estableció relaciones entre los polos y las líneas polares asociadas a las secciones cónicas. Desarrolló el concepto de líneas paralelas que se encuentran en un «punto en el infinito» y definió los puntos circulares en el infinito que corresponden a cada círculo del plano. Estos avances condujeron a los principios de dualidad y continuidad, que expuso en su obra Traité des propriétés projectives des figures, y que también fueron fundamentales para el desarrollo de los números complejos. El principio de dualidad establece que todo enunciado de geometría proyectiva plana sigue siendo válido si se sustituyen los puntos por rectas, las rectas por puntos, la concurrencia de rectas por la alineación de puntos, etc., y viceversa. El axioma de continuidad permite un sistema completo de proyecciones, llamado sistema proyectivo.
Como teniente de ingenieros, participó en la campaña rusa de Napoleón, en la que fue abandonado como muerto en Krasnoyarsk y encarcelado en Saratov; regresó a Francia en 1814. Tras su liberación, fue nombrado profesor de mecánica en la École d’application de su ciudad natal, Metz, donde publicó su célebre obra Introduction à la mécanique industrielle y mejoró el diseño de turbinas y ruedas hidráulicas. En 1837, la Universidad de París creó una cátedra especialmente para él, de mecánica física y experimental, en la Sorbona. En 1848, Poncelet fue nombrado comandante general de su alma mater, la École Polytechnique.
Su legado perdura, y se le honra al incluir su nombre entre los ingenieros y científicos más destacados de Francia, cuya memoria está representada en la primera etapa de la Torre Eiffel. Es uno de los 72 científicos cuyo nombre figura inscrito en la Torre Eiffel.
Su padre, Claude Poncelet, era un rico terrateniente que ejercía de abogado en el Parlamento de Metz. Su madre era Anne-Marie Perrein, pero Jean-Victor era hijo ilegítimo y, aunque nació en Metz, antes de cumplir un año fue enviado a vivir con la familia Olier en Saint-Avold, ciudad situada al este de Metz. Cabe señalar que, mucho tiempo después, Claude Poncelet se casó con Anne-Marie Perrein, por lo que Jean-Victor es legítimo desde entonces. La familia Olier le cuidó con mucho amor y cariño y vivió con ellos hasta 1804, cuando cumplió 15 años. Fue una época feliz para Poncelet, que mostraba una gran curiosidad por todo lo que le rodeaba, en particular por los objetos mecánicos, y pasaba muchas horas jugando con el mecanismo de un reloj que le habían regalado.
A los quince años, Poncelet regresó a Metz, donde estudió en el liceo y asistió a clases especiales para prepararse para los exámenes de ingreso en la École Normale y la École Polytechnique. Demostró ser mucho más dotado que sus compañeros de clase y rápidamente se destacó como el mejor de su curso. Ingresó en la École Polytechnique en 1807, donde tuvo profesores de la talla de Monge, Carnot, Brianchon, Lacroix, Ampère, Legendre, Poinsot, Poissony y Hachette. Sin embargo, su salud era delicada y perdió la mayor parte de su tercer año. Se graduó en la École Polytechnique en 1810, con 22 años, más de lo habitual, debido a que se tomó un año extra por sus problemas de salud, y se decantó por la carrera militar. Se alistó en el Cuerpo de Ingenieros y se trasladó a Metz para estudiar en la École d’Application. Tras dos años de estudios, se graduó con el grado de teniente y, en marzo de 1812, su primera misión fue trabajar en las fortificaciones de Ramekens, en la isla de Walcheren, en el estuario del río Escalda (o Escaut).
En «Correspondance sur l’Ecole Impériale polytechnique», volumen 2, número 3, placa 4, figura 4. Ilustra la solución de Poncelet al Problema de Apolonio. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4174926
Sin embargo, fue llamado a filas en junio de 1812 para participar en la campaña rusa de Napoleón. Fue hecho prisionero por los rusos en noviembre de 1812. Durante sus años de cautiverio, extendió la Géométrie descriptive de Monge (1794/1795) y transformó los principios en su famoso libro sobre geometría proyectiva (Poncelet, 1822). Tras su regreso a Francia en septiembre de 1814, trabajó como oficial de ingeniería en diversos proyectos de ingeniería militar, incluidos los trabajos de fortificación en Metz.
En 1824, Poncelet fue finalmente nombrado profesor en la École d’application de l’Artillerie et du Génie en Metz, donde enseñó – con elegancia, simplicidad y claridad – los fundamentos de una mecánica aplicada basada en máquinas a los oficiales que asistían al famoso curso Mécanique appliquée aux machines desde 1825 hasta 1834; sus conferencias fueron publicadas en ediciones litografiadas (Poncelet, 1826–1832).
Además, entre 1827 y 1830, presentó las populares conferencias nocturnas sobre aplicaciones de la geometría y la mecánica en la industria para trabajadores e industriales en Metz (Cours de mécanique industrielle), que fueron publicadas con el título Introduction à la mécanique industrielle (Poncelet, 1829, 1841, 1870). Tanto el Cours de mécanique appliquée aux machines de Poncelet como su Introduction à la mécanique industrielle pueden considerarse los dos documentos fundacionales más importantes de la mecánica aplicada.
Al igual que el Résumé des Leçons de Navier constituye la obra principal de la fase de constitución de la teoría de estructuras (1825–1850), las dos obras de Poncelet hicieron una contribución vital a la fase de constitución de la mecánica aplicada (1825–1850). Basado en su trabajo sobre geometría proyectiva (Poncelet, 1822), también resolvió problemas en la teoría de arcos de mampostería (Poncelet, 1822) y la teoría de la presión del suelo. Por ejemplo, el Mémoire sur la stabilité des revêtements et de leurs fondation (1840) de Poncelet, que fue traducido al alemán y ampliado por J. W. Lahmeyer (Poncelet, 1844), contiene la determinación gráfica de la presión del suelo que actúa sobre los muros de contención.
Poncelet se convirtió en miembro del Consejo Municipal de Metz, secretario del Consejo General del Departamento de Mosela (1830), miembro de la Academia de Ciencias de París (1834) y, entre 1838 y 1848, profesor de la Facultad de Ciencias de París. Su carrera militar también es impresionante: en 1848 alcanzó el rango de brigadier general y, ese mismo año, fue nombrado comandante de la École Polytechnique, y en este puesto fue designado comandante en jefe de la Guardia Nacional del Departamento del Sena. Poncelet se retiró a finales de octubre de 1850. Finalmente, para coronar su carrera militar, Poncelet fue nombrado Gran Oficial de la Legión de Honor, el 9 de julio de 1853
El gobierno francés envió a Poncelet a formar parte de los jurados de las Exposiciones Universales de Londres (1851) y París (1855), y escribió libros detallados sobre estas. Rühlmann llamó a Poncelet el «Euler del siglo XIX» porque, al igual que Euler, fue un «creador de teorías totalmente nuevas, un promotor de las ciencias abstractas y empíricas…». Tuvo la suerte de poder participar en el periodo más importante del surgimiento y desarrollo de la industria, la construcción y la mecánica de las máquinas. Al igual que Euler, Poncelet también fue un excelente maestro que, con las presentaciones más simples y una rigurosidad moderada, sabía cautivar a sus estudiantes y hacerles entusiasmar con la ciencia» (Rühlmann, 1885, pp. 387-389).
Tras una larga y penosa enfermedad, falleció en diciembre de 1867. Al año siguiente, su esposa fundó el Premio Poncelet, en cumplimiento de su último deseo, que las ciencias progresaran. A partir de 1876, la Academia de Ciencias concedió este premio, incrementado con otra suma de dinero, a trabajos de matemáticas puras o mecánica. Sus manuscritos inéditos sobrevivieron hasta la Primera Guerra Mundial, momento en el que desaparecieron y no se ha vuelto a saber de ellos. Lamentablemente, es muy probable que fueran destruidos en esa época.
Principales contribuciones a la teoría de estructuras:
Traité des propriétés projectives des figures [1822]
Cours de mécanique appliquée aux machines [1826–1832]
Mémoire sur les centres de moyennes harmoniques; pour faire suite au traité des propriétés projectives des figures et servir d’introduction à la Théorie générale des propriétés projectives des courbes et surfaces géométriques [1828]
Mémoire sur la théorie générale des polaires réciproques; pour faire suite au Mémoire sur les centres des moyennes harmoniques [1829/1]
Analyse des transversales appliquée à la recherche des propriétés projectives des lignes et surfaces géométriques [1832]
Introduction à la mécanique industrielle [1829, 1841, 1870]
Solution graphique des principales questions sur la stabilité des voûtes [1835]
Mémoire sur la stabilité des revêtements et de leurs fondations [1840]
Über die Stabilität der Erdbekleidungen und deren Fundamente [1844]
Examen critique et historique des principales théories ou solutions concernant l’équilibre des voûtes [1852]
La perforación rotativa con triconos es uno de los procedimientos más extendidos, y está constituido por grandes equipos capaces de ejercer elevados empujes sobre la boca. Esto se debe a que las unidades que trabajan con trépanos son más sencillas de diseño y de menor envergadura. Las perforadoras rotativas están formadas esencialmente por una fuente de energía, como una batería de barras o tubos individuales o conectados en serie, que transmite el peso de la rotación y el aire de barrido a una boca con dientes de acero o insertos de carburo de tungsteno que actúan sobre la roca.
En este tipo de perforación, la velocidad de penetración depende de muchos factores externos, como las características geológicas, las propiedades físicas de las rocas, la distribución de tensiones y la estructura interna. Por este motivo, determinar la velocidad de penetración durante el desarrollo de un proyecto es una tarea difícil para el ingeniero proyectista, pero necesaria, ya que la decisión que se tome va a incidir decisivamente en el resto de las operaciones.
Las fórmulas empíricas para estimar la velocidad de penetración son muy sencillas y se basan en ensayos de campo. En general, tienen en cuenta las siguientes variables: diámetro de la perforación, empuje sobre el tricono, velocidad de rotación y resistencia a compresión simple. La resistencia a compresión es la variable desconocida, cuyo valor se puede estimar fácilmente mediante un ensayo de laboratorio o de campo.
A continuación se ofrece un nomograma original elaborado por los profesores Pedro Martínez Pagán, Daniel Boulet y Trevor Blight para estimar el coeficiente de perforación de un equipo rotary basándose en la formulación empírica que dedujo Praillet en 1978. Esta fórmula es más fiable en todos los rangos de resistencias de las rocas y permite calcular el valor de la resistencia a compresión de la roca durante una operación en marcha.
Referencias:
DIRECCIÓN GENERAL DE CARRETERAS (1998). Manual para el control y diseño de voladuras en obras de carreteras. Ministerio de Fomento, Madrid, 390 pp.
INSTITUTO TECNOLÓGICO GEOMINERO DE ESPAÑA (1994). Manual de perforación y voladura de rocas. Serie Tecnológica y Seguridad Minera, 2ª Edición, Madrid, 541 pp.
PRAILLET, R. (1984), Consideraciones de un fabricante de máquinas de perforación. Canteras y Explotaciones
UNIÓN ESPAÑOLA DE EXPLOSIVOS (1990). Manual de perforación. Rio Blast, S.A., Madrid, 206 pp.
YEPES, V. (2014). Maquinaria para sondeos y perforaciones. Apuntes de la Universitat Politècnica de València, Ref. 209. Valencia, 89 pp.
En los artículos de este blog sobre resiliencia y cambio climático que estoy escribiendo, me centraré en los aspectos relacionados con la resiliencia comunitaria.
Acontecimientos como las inundaciones catastróficas ocurridas en la provincia de Valencia el 29 de noviembre de 2024 ponen de manifiesto la importancia de estas ideas.
Estas reflexiones se enmarcan dentro del proyecto RESILIFE que desarrollo en la actualidad como investigador principal, y se han basado en algunas ideas desarrolladas en el trabajo reciente de Ellingwood et al. (2024).
Este artículo trata sobre la resiliencia comunitaria y cómo incorporar los efectos del cambio climático en la planificación y diseño de edificios e infraestructuras a nivel comunitario. Se discuten los desafíos y consideraciones clave para lograr una mayor resiliencia de las comunidades frente a eventos climáticos extremos.
La resiliencia comunitaria es la capacidad para adaptarse a las situaciones adversas, adaptarse a condiciones cambiantes y mantener sus funciones e infraestructuras fundamentales, así como recuperarse rápidamente ante eventos extremos. En este contexto, «comunidad» se refiere a un lugar delimitado por fronteras geográficas que opera bajo la jurisdicción de una estructura de gobernanza, como una ciudad, área metropolitana o región. Es dentro de esta gobernanza local donde se identifican, aprueban, financian y ponen en marcha las decisiones, acciones y proyectos relacionados con la resiliencia. Este concepto subraya la importancia de guiar los procesos adaptativos dentro de la comunidad para preservar su identidad básica y permitir los cambios necesarios con el tiempo. La identidad de una comunidad la forman los valores y prioridades de sus miembros, por lo que los esfuerzos para aumentar la resiliencia deben implicarles en la definición de lo que valoran colectivamente y lo que pretenden proteger (Ellingwood et al., 2024).
Las repercusiones económicas del cambio climático varían mucho, con beneficios potenciales en las regiones templadas a niveles más bajos de calentamiento, pero con pérdidas crecientes a medida que aumentan las temperaturas. Los hogares y los países más pobres pueden experimentar efectos desproporcionados sobre su bienestar, aun cuando sus contribuciones económicas sean menos significativas. Las respuestas de adaptación efectivas, como el desarrollo de infraestructuras resilientes y tecnologías climáticamente inteligentes, pueden ayudar a mitigar estos impactos y mejorar la resiliencia de las comunidades (O’Neill et al., 2022).
El éxito de la resiliencia comunitaria no solo se centra en la recuperación de eventos relacionados con el cambio climático, sino que también abarca una variedad más amplia de retos, incluidos los sociales y económicos. Este concepto influye en las decisiones relativas al entorno construido, que abarca desde instalaciones individuales hasta sistemas de infraestructura regional. Para que la planificación de la resiliencia sea efectiva, es crucial incluir diversas perspectivas de las partes interesadas y comprender los sistemas sociales, políticos y económicos de la comunidad, así como sus vulnerabilidades inherentes (Eisenhauer et al., 2024). El entorno construido abarca todos los sistemas diseñados en una comunidad o región, como edificios, instalaciones y redes de infraestructura. Aunque muchas viviendas unifamiliares no son diseñadas por ingenieros, deben tenerse en cuenta en la evaluación de la resiliencia comunitaria. Este enfoque integrado permite identificar los objetivos de rendimiento de los edificios e infraestructuras y garantizar que las estrategias de resiliencia se adapten a las necesidades específicas de la comunidad.
Para lograr resiliencia a nivel comunitario, los edificios y sistemas de infraestructura deben cumplir los criterios de resiliencia establecidos a nivel local. Esta interdependencia entre escalas diferentes de resiliencia conecta la planificación regional con el diseño de infraestructuras individuales. Para que las instalaciones y los sistemas den un paso adelante y alcancen un desempeño resiliente, es necesario ir más allá de los requisitos de códigos y normas actuales, que se centran principalmente en la seguridad de las personas y en limitar el fallo estructural, especialmente en la recuperación de la funcionalidad. Los edificios e infraestructuras proporcionan refugio, servicios básicos y otros recursos, como escuelas y hospitales, y respaldan instituciones sociales y económicas esenciales para el bienestar de la comunidad.
Para desarrollar planes sólidos de resiliencia comunitaria, es fundamental involucrar a las partes interesadas. Una oficina dedicada a la resiliencia puede garantizar un liderazgo firme y un compromiso coherente entre los agentes locales. Es crucial comprender la identidad y los recursos únicos de la comunidad, así como fomentar la participación de los líderes sociales (Eisenhauer et al., 2024). Incluir las voces de todos los miembros de la comunidad en el proceso de planificación hace que los esfuerzos de resiliencia sean más equitativos y eficaces.
La resiliencia comunitaria se enfrenta a diversas limitaciones que deben abordarse para mejorar su capacidad de adaptación. Entre estas dificultades se encuentran las barreras económicas, los factores sociales y culturales, las limitaciones de capacidad humana, los problemas de gobernanza, los recursos financieros, la accesibilidad a la información, los obstáculos físicos y las influencias climáticas (O’Neill et al., 2022). Reconocer y superar estas limitaciones es fundamental para que las comunidades desarrollen su capacidad de adaptación ante amenazas actuales y emergentes.
Los sectores vulnerables dentro de las comunidades suelen verse afectados de manera desproporcionada por los peligros derivados del cambio climático, como las inundaciones, debido a políticas de uso del suelo, desventajas económicas y otros factores demográficos, como la raza/etnia, el género y la edad. Por lo tanto, los objetivos de resiliencia pueden variar de una comunidad a otra debido a diferencias en las características sociodemográficas, la edad y el estado de los edificios e infraestructuras, así como a los enfoques adoptados para abordar la equidad en los objetivos de resiliencia.
El cambio climático no solo afecta a los medios de subsistencia físicos, sino que también amenaza las estructuras sociales y las prácticas culturales. La erosión del capital social, exacerbada por la degradación de los recursos y la competencia, puede provocar un aumento de la tensión en el seno de las comunidades y entre ellas, lo que puede dar lugar a conflictos y migraciones forzosas. Los grupos vulnerables, como las personas mayores y con discapacidad, se ven afectados de forma desproporcionada por estos cambios, lo que subraya la necesidad de estrategias de adaptación específicas (IPCC, 1997) .
Consideraciones de proyecto para la resiliencia y los impactos climáticos
La consideración de eventos climáticos extremos futuros (como huracanes, olas de calor y precipitaciones intensas) está cobrando una importancia cada vez mayor para las comunidades. Aunque actualmente no se tienen en cuenta en los códigos o normas de construcción, muchas comunidades locales exigen que los efectos climáticos se integren en los proyectos. (Vogel et al., 2016). Además, el cambio climático puede agravar los impactos de los eventos de peligro extremo con el tiempo, no solo al modificar las cargas sobre las estructuras, sino también al afectar a su capacidad debido a procesos de envejecimiento y deterioro. Por ello, es fundamental tener en cuenta la resiliencia y los problemas climáticos en la planificación comunitaria, especialmente en el diseño de edificios e infraestructuras civiles.
El impacto de eventos extremos compuestos (como un tsunami posterior a un terremoto, o marejadas ciclónicas e inundaciones fluviales tras vientos de huracán) también puede intensificarse debido a los efectos climáticos (Bruneau et al., 2017). Actualmente, existe una falta de guías o herramientas suficientes para considerar estos eventos compuestos y su impacto en el entorno construido. Además de predecir peligros futuros, la no estacionariedad de los efectos climáticos en los eventos de peligro requerirá nuevos enfoques para abordar y comunicar la incertidumbre (Cooke, 2015).
El concepto de resiliencia se basa en la funcionalidad, que puede medirse a nivel de edificios, sistemas de infraestructura o comunidades. Por ello, los análisis de resiliencia deben adaptarse a la escala evaluada y utilizar métodos claros para agregar y desagregar información entre diferentes escalas. Las múltiples escalas de análisis de resiliencia también tienen implicaciones para las proyecciones climáticas regionales, en las que pueden ser necesarias proyecciones correlacionadas en lugares específicos.
Los edificios y los sistemas de infraestructura civil se diseñan y mantienen según diversas regulaciones, códigos y mejores prácticas, cada uno con su propia base de diseño y fiabilidad para evaluar el rendimiento (McAllister et al., 2022). Cada sistema tiene distintos objetivos de rendimiento, como la seguridad en edificios frente a eventos poco frecuentes o la interrupción en los servicios de electricidad y agua ante eventos frecuentes. La falta de coordinación genera disparidades en el rendimiento del entorno construido ante un mismo evento de peligro, que aumentan aún más al considerar el desempeño en términos de recuperación. Aunque la fiabilidad mide si se logran los objetivos de rendimiento, se requieren métricas diferentes para evaluar la recuperación de la funcionalidad.
En algunos sistemas, la fase de recuperación se mide en horas (por ejemplo, en los sistemas de distribución eléctrica), mientras que en otros puede medirse en meses (por ejemplo, en la reparación de un puente o túnel dañado). Estas disparidades se identifican y abordan mejor con una evaluación a nivel comunitario que permita identificar las necesidades específicas de cada proyecto. Una herramienta comúnmente utilizada es la denominada tabla de resiliencia, introducida por primera vez en San Francisco (Poland, 2009). En estas tablas, la comunidad establece el tiempo deseado para alcanzar un conjunto de métricas de desempeño de diversas infraestructuras (por ejemplo, el 75 % de las carreteras funcionales en 3 meses). Estas metas se comparan con el tiempo de recuperación previsto, evaluado por expertos técnicos. Los sectores donde la discrepancia entre la recuperación deseada y la prevista es mayor son aquellos donde más se necesitan intervenciones.
Tabla 1. Plazos para los objetivos de reconstrucción en un seísmo (Poland, 2009).
Fase
Marco temporal
Condición del entorno construido
1
1 a 7 días
Respuesta inicial y preparación para la reconstrucción
Inmediato
El alcalde ha declarado una emergencia local y ha abierto el Centro de Operaciones de Emergencia. Los hospitales, las comisarías, los parques de bomberos y los centros de operaciones de los departamentos de la ciudad están operativos.
Dentro de 4 horas
Las personas que salgan o regresen a la ciudad para llegar a sus hogares pueden hacerlo
Dentro de 24 horas
Los trabajadores de respuesta a emergencias pueden activarse y sus operaciones están completamente operativas. Los hoteles designados para alojar a estos trabajadores son seguros y están operativos. Los refugios están abiertos. Todos los hogares ocupados son inspeccionados por sus ocupantes y menos del 5 % de las viviendas son consideradas inseguras para ser ocupadas. Los residentes se refugiarán en edificios con daños superficiales, aunque los servicios públicos no funcionen.
Dentro de 72 horas
El 90 % de los sistemas de servicios públicos (energía, agua, aguas residuales y comunicación) están operativos y prestan apoyo a las instalaciones de emergencia y a los vecindarios. Asimismo, el 90 % de las principales rutas de transporte, incluidos los cruces de la bahía y los aeropuertos, están abiertos al menos para la respuesta a emergencias. Los esfuerzos de recuperación inicial y reconstrucción se centrarán en reparar viviendas, escuelas y oficinas de proveedores médicos para que puedan utilizarse, además de restablecer los servicios públicos necesarios. Los servicios esenciales de la ciudad están completamente restablecidos.
Todos los sistemas de servicios públicos y las rutas de transporte que atienden a los vecindarios han recuperado el 95 % de los niveles de servicio previos al evento. El transporte público funciona al 90 % de su capacidad. Las escuelas públicas están abiertas y en funcionamiento. El 90 % de los negocios del barrio están abiertos y atendiendo a la fuerza laboral.
Dentro de 60 días
Los aeropuertos están operativos y se pueden utilizar con normalidad. El transporte público funciona al 95 % de su capacidad. Las rutas de transporte menores se están reparando y reabriendo.
3
Varios años
Reconstrucción a largo plazo
Dentro de 4 meses
Los refugios temporales se han cerrado. Todos los hogares desplazados han regresado a sus hogares o han sido reubicados de forma permanente. El 95 % de los servicios minoristas de la comunidad han reabierto. El 50 % de los negocios de apoyo que no forman parte de la fuerza laboral están reabiertos.
Dentro de 3 años
Todas las operaciones comerciales, incluidos todos los servicios de la ciudad que no estén relacionados con la respuesta a emergencias o la reconstrucción, se han restablecido a los niveles previos al seísmo.
Esta herramienta sencilla se utiliza para representar posibles efectos de los riesgos en un conjunto de escenarios posibles. Actualmente, estos se identifican para cada comunidad en función de los riesgos previstos y de las directrices disponibles. Los efectos del cambio climático pueden incorporarse seleccionando un conjunto de escenarios de eventos extremos que representen el clima futuro. Para avanzar en los análisis y resultados de resiliencia, es necesario un enfoque estandarizado para identificar estos escenarios de riesgo.
Los edificios, puentes y otras infraestructuras tienden a diseñarse para vidas útiles de entre 50 y 100 años. Sin embargo, muchos edificios e infraestructuras se utilizan más allá de su vida útil y su desempeño depende de rehabilitaciones, actualizaciones y mantenimiento. Por lo tanto, la vida útil de edificios, puentes y otras infraestructuras abarca un período en el que el clima puede cambiar sustancialmente, por lo que dichos sistemas se ven expuestos a condiciones y acciones climáticas diferentes a las especificadas en su proyecto. Esta misma consideración se aplica a las evaluaciones de resiliencia.
Todo el proceso de evaluación de la resiliencia comunitaria, desde la selección de peligros hasta la evaluación de escenarios y las evaluaciones cuantitativas del rendimiento, debe tener en cuenta la no estacionariedad de los efectos climáticos. Al evaluar el impacto del cambio climático en el diseño, el mantenimiento y la remodelación, la propiedad desempeña un papel crucial. Cuando los edificios e infraestructuras tienen el mismo propietario durante su vida útil, hay incentivos más fuertes para incluir consideraciones de resiliencia y cambio climático en la planificación y el mantenimiento. En cambio, los sistemas diseñados y mantenidos por diferentes entidades suelen cumplir solo con los requisitos mínimos, a menos que la demanda de resiliencia, consideraciones climáticas o mejoras que se puedan trasladar a los usuarios sea clara.
Las dependencias e interdependencias entre los sistemas de infraestructura de una comunidad requieren la coordinación de múltiples propietarios, lo que puede resultar difícil. Mejorar la resiliencia de un sistema frente a los efectos climáticos futuros puede ser menos efectivo de lo planeado si los propietarios o administradores de los sistemas de infraestructura interdependientes no realizan mejoras similares.
Desempeño funcional del entorno construido
Los objetivos de desempeño comunitario suelen expresarse como aspiraciones a largo plazo para la funcionalidad de los sistemas físicos, sociales y económicos. La incorporación del cambio climático en la funcionalidad a largo plazo de los sistemas comunitarios debe abordarse urgentemente. Los proyectistas necesitan objetivos cuantitativos de desempeño y criterios de diseño para evaluar instalaciones y sistemas individuales que puedan apoyar los objetivos comunitarios y hacer frente a la considerable incertidumbre asociada al cambio climático y a los eventos futuros.
Un entorno construido con un desempeño aceptable es necesario, pero no suficiente, para establecer la resiliencia comunitaria. Esta resiliencia abarca metas sociales y económicas, así como objetivos relacionados con los servicios físicos. Para vincular la respuesta de los sistemas de infraestructura a los objetivos de resiliencia, es fundamental cuantificar su rendimiento colectivo mediante métricas de funcionalidad y recuperación. Desarrollar métricas que respalden los objetivos sociales es crucial para abordar la resiliencia comunitaria a nivel nacional. A continuación, se muestran algunos ejemplos de metas y métricas de resiliencia comunitaria en la Tabla 2. Las métricas de resiliencia para los servicios de infraestructura son más relevantes para los ingenieros estructurales, pero el rendimiento resiliente del entorno construido también contribuye a los objetivos sociales y económicos. Por lo tanto, estos objetivos deben tenerse en cuenta al evaluar soluciones para el diseño, el mantenimiento o las mejoras estructurales.
Tabla 2. Ejemplos de metas de desempeño comunitario y métricas de resiliencia
Metas de rendimiento comunitario
Ejemplos de métricas de resiliencia
Estabilidad poblacional
Desplazamiento y migración; disponibilidad de viviendas.
Estabilidad económica
Cambio en el empleo, impuestos e ingresos (recursos), presupuesto comunitario (necesidades).
Estabilidad de servicios sociales
Acceso a atención médica, educación, comercio minorista, banca.
Acceso a protección policial y contra incendios; servicios gubernamentales públicos esenciales.
Fuente: Ellingwood et al. (2020).
La recuperación funcional se refiere al restablecimiento de las funciones básicas del edificio o sistema de infraestructura tras un evento adverso. Desde la perspectiva de la resiliencia, el diseño de estos sistemas debe tener en cuenta el daño potencial y la forma en que se recuperarán durante el proceso de diseño. Este aspecto se aborda en parte en instalaciones críticas como hospitales y refugios, donde se aumentan los requisitos de carga y deformación para construir estructuras más sólidas.
Desde la perspectiva de la resiliencia comunitaria, otros edificios también pueden considerarse críticos según su función, como residencias de personas mayores y escuelas. Sin embargo, los códigos actuales se centran en la seguridad de las personas en edificios e infraestructuras individuales, sin considerar explícitamente las formas de fallo ni las reparaciones necesarias para restaurar la funcionalidad en un tiempo determinado. Para establecer normas que incluyan objetivos de desempeño en términos de funcionalidad y resiliencia, además de la seguridad, será necesario cambiar el proceso regulatorio, pasando de un diseño basado en componentes a un enfoque sistémico.
Se necesitan orientaciones sobre mejores prácticas y criterios de proyecto con objetivos que respalden las metas de resiliencia comunitaria para incluir la recuperación funcional. Se requieren objetivos funcionales y criterios para abordar mejor el papel de las infraestructuras, incluidos los niveles esperados de daño, el impacto en la funcionalidad de los edificios y otras infraestructuras, las reparaciones necesarias para restablecer la funcionalidad e impactos potenciales en la recuperación social y económica de la comunidad.
A medida que la ingeniería se esfuerza por incorporar los conceptos de resiliencia y recuperación funcional en su práctica, es necesario abordar el cambio climático en paralelo. La ASCE (2015) destacó un dilema clave para los ingenieros en ejercicio: «Aunque la comunidad científica está de acuerdo en que el clima está cambiando, existe una incertidumbre significativa sobre las distribuciones espaciales y temporales de los cambios durante la vida útil de los diseños y planes de infraestructura. La necesidad de que la infraestructura de ingeniería satisfaga las necesidades futuras y la incertidumbre sobre el clima futuro plantean un dilema para los ingenieros».
Los cambios en las condiciones climáticas pueden afectar a las infraestructuras y a su resiliencia de diversas maneras. ASCE (2018) identificó los tipos de impactos relacionados con el clima que deben abordarse, en particular, los relacionados con las inundaciones (el aumento de los niveles, de las velocidades de flujo y de las alturas de las olas), con las precipitaciones (las acciones de lluvia y nieve en los techos y el aumento de las acciones de las heladas en las estructuras) y con el viento (la mayor intensidad y frecuencia de tormentas y huracanes). El Manual de Práctica 144 de ASCE (ASCE, 2021) utiliza métodos probabilísticos para el análisis y la gestión de riesgos en los proyectos para abordar las incertidumbres dentro de un horizonte temporal. Este enfoque incluye la identificación y el análisis de riesgos, fallos del sistema, probabilidades asociadas y consecuencias, incluyendo pérdidas directas e indirectas, cuantificación de fallos y recuperación para la resiliencia, efectos en las comunidades, la economía de la resiliencia y las tecnologías para mejorar la resiliencia tanto en infraestructuras nuevas como existentes.
La resiliencia incorpora la dimensión temporal a través del proceso de recuperación y reconstrucción, pero los modelos de recuperación aún se encuentran en una etapa inicial de desarrollo. Además, durante la recuperación es necesario tener en cuenta las interdependencias, por ejemplo, cuando un edificio o sistema es funcional, pero otro sistema del que depende (por ejemplo, servicios públicos) aún no puede proporcionar el servicio necesario.
Cuando los edificios no son funcionales debido a retrasos en la financiación de reparaciones u otras causas, los efectos son enormes. En efecto, los retrasos en la recuperación de la funcionalidad de los edificios afectan directamente a la población, que se ve obligada a desplazarse y aumenta la probabilidad de emigrar, lo que repercute negativamente en las métricas de estabilidad poblacional (Tabla 2). La emigración también depende de la cohesión social y de factores como la fuente de refugio, empleo y educación de los niños en un hogar.
Desafíos para la resiliencia comunitaria en un clima cambiante
En la próxima década, probablemente evolucionen las mejores prácticas de los profesionales del diseño y las decisiones de los planificadores urbanos y las autoridades reguladoras para apoyar la forma en que se aborda el cambio climático en lo que respecta a la resiliencia comunitaria. El Diseño Basado en el Desempeño (PBD) ofrece una forma de abordar este conflicto y resolver los desafíos inherentes que surgirán al atender tanto las necesidades de las instalaciones como las de la comunidad. Desarrollar e incorporar enfoques PBD que aborden los peligros e impactos del cambio climático en las mejores prácticas, estándares y códigos es una necesidad urgente para la profesión de la ingeniería y la sociedad.
Los desafíos para los ingenieros estructurales incluyen los siguientes (Ellingwood et al., 2020):
Identificación de metas comunes de resiliencia comunitaria que aborden los futuros impactos del cambio climático, las cuales deberían ser establecidas por un grupo amplio de partes interesadas.
Objetivos de desempeño para los edificios, según categorías funcionales o agrupaciones (por ejemplo, edificios residenciales, instalaciones comerciales, gubernamentales) o instituciones socioeconómicas (por ejemplo, educación, atención médica), deben expresarse como requisitos compatibles con la práctica de ingeniería y ser prácticos de implementar desde una perspectiva de ingeniería.
Objetivos de fiabilidad para los edificios individuales en la práctica de diseño estructural actual (por ejemplo, ASCE 7-22, Sección 1.3) identifican requisitos mínimos de rendimiento a nivel de componente para la mayoría de las acciones, excepto las sísmicas. Se necesitan fiabilidades objetivo y criterios de desempeño a nivel de sistema para todas las cargas, con el fin de apoyar las metas de resiliencia comunitaria.
Códigos, normas y regulaciones para los sistemas de infraestructura (por ejemplo, edificios, puentes, comunicaciones críticas) deben coordinarse para apoyar las metas de resiliencia comunitaria e impactos del cambio climático, y para abordar la funcionalidad y recuperación de la infraestructura civil, así como la seguridad de las personas.
En resumen, la resiliencia comunitaria se refiere a la capacidad de las comunidades para adaptarse a situaciones adversas, mantener sus funciones esenciales y recuperarse rápidamente después de eventos extremos. Para desarrollar estrategias de adaptación eficaces, especialmente frente al cambio climático, es crucial que los miembros de la comunidad participen activamente en la identificación de sus valores y prioridades. Las comunidades vulnerables suelen sufrir impactos desproporcionados debido a factores socioeconómicos y demográficos, lo que subraya la necesidad de enfoques equitativos en la planificación de la resiliencia. Además, es fundamental tener en cuenta las interdependencias entre los sistemas de infraestructura y la coordinación entre múltiples propietarios para mejorar la resiliencia. La planificación debe incluir objetivos de rendimiento claros y métricas que aborden tanto la funcionalidad como la recuperación de los sistemas, para que las comunidades puedan hacer frente a los desafíos climáticos futuros de manera efectiva.
Aquí tenéis un mapa mental sobre el contenido de las reflexiones anteriores, que espero, os sea útil.
Dejo a continuación un documento que creo que os puede interesar sobre este tema.
Bruneau, M., Barbato, M., Padgett, J. E., Zaghi, A. E., et al. (2017). State-of-the-art on multihazard design. Journal of Structural Engineering, 143(10), 03117002.
Cooke, R. M. (2015). Messaging climate change uncertainty. Nature Climate Change, 5(1), 8–10.
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Vogel, J., Carney, K. M., Smith, J. B., Herrick, C., et al. (2016). Climate adaptation: The state of practice in US communities. The Kresge Foundation and Abt Associates.
Figura 1. Circuito cerrado de molienda (Álvarez, 1996).
En la industria minera, se utilizan molinos de bolas en circuito cerrado cuando se busca liberar las especies minerales antes de concentrarlas. Este proceso tiene como objetivo minimizar la generación excesiva de partículas ultrafinas. Para ello, es fundamental contar con un instrumento de clasificación que se ajuste al tamaño de las partículas y a las condiciones específicas de la operación.
En los procesos en seco, se deben utilizar clasificadores neumáticos que permitan realizar cortes granulométricos adecuados al tamaño del producto final deseado. En contraste, en operaciones que manejan pulpa, el uso de hidrociclones es lo habitual, especialmente para cortes granulométricos inferiores a 75 micrómetros. Para partículas de mayor tamaño, se pueden emplear tanto hidrociclones como clasificadores mecánicos, dependiendo principalmente de la capacidad de molienda necesaria. Es importante señalar que los hidrociclones diseñados para cortes gruesos suelen tener una alta capacidad de tratamiento que puede exceder la capacidad de molienda disponible. Entre los clasificadores mecánicos más utilizados se encuentran el tipo Akins, que utiliza un tornillo sinfín, y el tipo Dorr, que emplea rastrillos.
La Figura 1 muestra un esquema de un circuito cerrado que incluye un molino de rebose y un clasificador en espiral o tornillo. Una forma de ajustar el tamaño de corte del clasificador es añadir agua. Este procedimiento modifica la viscosidad de la pulpa, lo que influye en la carga circulante y permite un control más preciso del proceso.
En este circuito cerrado, la nueva alimentación se introduce directamente en el molino. Sin embargo, existe una variante que se utiliza cuando la nueva alimentación ya contiene una gran cantidad de finos o cuando se desea minimizar completamente su producción. En este caso, la nueva alimentación se introduce directamente en el clasificador, como se ilustra en la Figura 2.
Figura 2. Circuito cerrado con alimentación al clasificador (Álvarez, 1996).
La Figura 3 muestra la variación típica de la capacidad de un molino a medida que aumenta la carga circulante en comparación con un circuito abierto. La carga circulante se expresa comúnmente como un porcentaje en peso del retorno del molino en relación con la nueva alimentación. Un valor del 250 % se considera normal en este contexto.
Figura 3. Variación de la capacidad con la carga circulante (Álvarez, 1996)
A continuación os dejo un nomograma elaborado por los profesores Pedro Martínez-Pagán, Jaime Sepúlveda y Daniel Boulet que permite el cálculo de la carga circulante. Espero que os sea de interés.
Referencias:
ÁLVAREZ, R. (1996). Trituración, molienda y clasificación. Ed. Fundación Gómez Pardo. Escuela Técnica Superior de Ingenieros de Minas, Universidad Politécnica de Madrid.
LÓPEZ JIMENO, C.; LUACES, C. (eds.) (2020). Manual de Áridos para el Siglo XXI. Asociación Nacional de Empresarios Fabricantes de Áridos— ANEFA, Madrid, 1328 pp.
MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ, F.; YEPES, V. (2005). Temas de procedimientos de construcción. Extracción y tratamiento de áridos. Editorial de la Universidad Politécnica de Valencia. Ref. 2005.165. Valencia, 74 pp.
MARTÍNEZ PAGÁN, P. (2021). Ejercicios resueltos de plantas de tratamiento de recursos minerales. Universidad Politécnica de Cartagena, CRAI Biblioteca, Cartagena, 211 pp.
WILLS, B.A.; NAPIER-MUNN, T. (2006). Mineral Processing Technology. An Introduction to the Practical Aspects of Ore Treatment and Mineral Recovery. Elsevier Science & Technology Books, 7th edition.
El diseño estructural de infraestructuras, como edificios y puentes, se basa en códigos que establecen los criterios necesarios para garantizar su resistencia a diversas condiciones climáticas y ambientales. Estos códigos se actualizan periódicamente para reflejar los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, el cambio climático plantea un desafío disruptivo, ya que altera las condiciones climáticas de manera impredecible, lo que cuestiona la suposición de que las cargas climáticas son estacionarias.
En estas líneas se aborda cómo la transición del diseño estructural basado en estados límites ha influido en la forma en que se tienen en cuenta las variables climáticas. También aborda las dificultades que surgen al integrar el cambio climático en los modelos de riesgo estructural y analiza la necesidad de ajustar los métodos de estimación y diseño para tener en cuenta la creciente incertidumbre sobre el futuro climático.
Estas reflexiones se enmarcan dentro del proyecto RESILIFE, que actualmente desarrollo como investigador principal, y se han basado en algunas ideas desarrolladas en el trabajo reciente de Ellingwood et al. (2024).
Los códigos estructurales establecen los criterios necesarios para diseñar edificios, puentes y otras infraestructuras capaces de resistir las demandas de uso y los eventos ambientales o climáticos, como la nieve, el hielo, las lluvias, las tormentas de viento e inundaciones fluviales y costeras. Para garantizar que reflejen los últimos avances en ciencia e ingeniería, estos códigos se actualizan periódicamente, generalmente cada 5 o 10 años.
En las últimas cuatro décadas, los códigos estructurales de todo el mundo, como el «Minimum Design Loads and Associated Criteria for Buildings and Other Structures (ASCE 7-22)», las «LRFD Bridge Design Specifications (AASHTO)», el «International Building Code«, el «National Building Code of Canada» y los Eurocódigos, han adoptado los principios del diseño basado en estados límite. Durante este tiempo, los ingenieros estructurales y la normativa han reconocido la importancia de las herramientas de análisis de fiabilidad estructural y gestión del riesgo para modelar las incertidumbres asociadas a las cargas estructurales y la respuesta de las estructuras, y así garantizar un rendimiento adecuado en servicio (García-Segura et al., 2017). Con la transición del diseño basado en tensiones admisibles al diseño por estados límite, los criterios para las cargas climáticas han evolucionado gradualmente. Hasta ahora, estos criterios, basados en registros climáticos históricos y en evaluaciones de fiabilidad estructural, han tratado las cargas operativas y climáticas como estacionarias, asumiendo que el pasado es representativo del futuro.
El cambio climático plantea un desafío disruptivo y significativo para la evolución gradual de los códigos basados en el riesgo, así como para las prácticas de diseño estructural (ASCE, 2015a, 2018). La suposición de estacionariedad en el análisis de riesgos naturales deja de ser válida al tener en cuenta los efectos del cambio climático. Además, las incertidumbres asociadas a las proyecciones climáticas para el resto del siglo XXI son considerables, especialmente en lo que respecta a las cargas de viento, hielo y nieve (Tye et al., 2021). Las condiciones climáticas más agresivas podrían acelerar el deterioro estructural en ciertos casos, así como aumentar la intensidad y duración de los peligros. El cambio climático también ha suscitado controversia desde el punto de vista económico y político. Lograr consenso en los comités encargados de los códigos sobre el impacto del cambio climático en las infraestructuras requerirá una gestión técnica eficaz y una separación clara entre los aspectos políticos, como las causas del cambio climático, y los aspectos técnicos, como su impacto en las estructuras. Asimismo, podría haber oposición pública ante los costes adicionales que conlleven las modificaciones en los códigos climáticos. No obstante, ignorar los efectos del cambio climático en el comportamiento a largo plazo de las estructuras e infraestructuras podría incrementar el riesgo de daños y fallos, aumentar los costes de diseño, construcción y mantenimiento, agravar problemas de salud y seguridad públicas, interrumpir servicios esenciales y generar impactos socioeconómicos y ambientales negativos a nivel nacional.
Es fundamental abordar varias preguntas clave para considerar las exigencias del cambio climático en el desarrollo de los códigos estructurales. Entre ellas se encuentran (Ellingwood et al., 2024) :
¿Cómo se debe modelar la no estacionariedad en la ocurrencia e intensidad de los eventos climáticos extremos provocados por el cambio climático?
¿Cómo se deben integrar estas incertidumbres en un análisis de fiabilidad estructural dependiente del tiempo, con el fin de estimar el comportamiento futuro y demostrar el cumplimiento de los objetivos de rendimiento expresados en términos de fiabilidad?
¿Cómo se puede convencer a los ingenieros estructurales y al público en general de la necesidad de aceptar estos cambios en interés nacional (Cooke, 2015), incluso si en algunos casos los costes de los sistemas de infraestructura aumentan?
Problemas y desafíos en el análisis de datos climáticos para el diseño estructural
Las variables climáticas empleadas en los códigos estructurales se basan principalmente en datos históricos. Los vientos extratropicales, la nieve, la temperatura y las precipitaciones se analizan exclusivamente a partir de estos datos. En el caso de los huracanes, se integran datos históricos en un marco que modela su génesis en la cuenca del Atlántico Norte, su desarrollo hasta convertirse en huracanes plenamente formados que impactan en infraestructuras costeras y su disipación tras tocar tierra. Estos análisis suponen que las variables climáticas pueden evaluarse como si fueran estacionarias, es decir, que el pasado es representativo del futuro y que sus intensidades pueden determinarse en función de sus periodos de retorno. Los datos se han recopilado para fines distintos al diseño de edificaciones, como la aviación comercial, la hidrología local, la gestión de recursos hídricos y la agricultura, y generalmente abarcan menos de 100 años.
La mayoría de las variables climáticas incluidas en los códigos se suelen determinar ajustando el parámetro extremo anual a una distribución de probabilidad. Entre las distribuciones más comunes utilizadas para este propósito se encuentran la distribución Tipo I de valores máximos y la distribución generalizada de valores extremos. El periodo de retorno o intervalo medio de recurrencia de una carga se calcula como el recíproco de la probabilidad anual de que dicha carga se supere. El error de muestreo en la estimación de los eventos base de diseño en una secuencia estacionaria para periodos de retorno superiores a 100 años puede ser considerable. Sin embargo, las estimaciones de las medias de las muestras suelen ser razonablemente estables cuando se actualizan en intervalos típicos de 10 años con datos climáticos adicionales.
La suposición de estacionariedad en los datos no puede justificarse en un contexto de cambio climático (Pandey y Lounis, 2023), y el concepto de un evento asociado a un periodo de retorno específico no es aplicable en sentido estricto. El aumento (o disminución) de las variables climáticas, junto con la creciente incertidumbre en los modelos de predicción climática, especialmente a partir del año 2060, afectará a la forma de analizar y especificar los datos para fines de diseño estructural. Quizás lo más relevante sea el impacto que tendrá sobre la forma en que se comunicarán los peligros de diseño a la comunidad profesional de la ingeniería y a sus clientes (Cooke, 2015). Ellingwood et al. (2024) recuerdan claramente la confusión generada por el concepto de periodo de retorno cuando se introdujo a finales de la década de 1960. El periodo de retorno se concibió como una herramienta para reconocer que el parámetro de carga es aleatorio y para definir indirectamente la probabilidad anual de que se supere su intensidad de diseño, sin necesidad de recurrir a probabilidades pequeñas que no eran habituales entre los ingenieros estructurales de esa época. Esto podría explicar por qué algunos investigadores climáticos han intentado presentar sus estimaciones de parámetros utilizando el concepto de periodo de retorno (Ribereau et al., 2008; Salas y Obeysekera, 2014). Este problema requiere una reflexión cuidadosa al tratar con un clima cambiante, donde las probabilidades anuales no son constantes a lo largo de la vida útil de una estructura.
El crecimiento proyectado de las variables climáticas y sus incertidumbres más allá del año 2060 indica que será necesario desarrollar métodos para gestionar la incertidumbre epistémica -se refiere a la incertidumbre del modelo- en la estimación de parámetros, un aspecto que no se había tenido en cuenta previamente al estimar las variables climáticas para desarrollar códigos estructurales. Aunque la precisión de las técnicas generales de pronóstico climático ha mejorado gracias a la recopilación continua de datos, los modelos climáticos actuales son más capaces de predecir el impacto del cambio climático sobre la temperatura y las precipitaciones que sobre fenómenos como inundaciones, nevadas y vientos. Esto resulta problemático a la hora de considerar los niveles de probabilidad apropiados para el análisis de seguridad estructural.
Las futuras investigaciones podrían centrarse en el desarrollo de modelos más precisos para cargas climáticas específicas, como ciclones tropicales o sequías prolongadas, que aún presentan elevadas incertidumbres en sus proyecciones. Además, sería valioso explorar la aplicación de estos principios a sistemas de infraestructura emergentes, como redes de energía renovable o tecnologías de transporte resilientes. Por último, se sugiere investigar métodos para integrar datos climáticos en tiempo real en el diseño y seguimiento de infraestructuras, fomentando un enfoque dinámico y adaptable al cambio climático.
En resumen, los códigos estructurales establecen los criterios necesarios para diseñar infraestructuras capaces de resistir eventos climáticos como tormentas, nieve e inundaciones, y se actualizan periódicamente para reflejar los avances científicos y tecnológicos. Sin embargo, el cambio climático plantea un reto significativo, ya que altera las condiciones climáticas de manera impredecible, lo que hace que la suposición de estacionariedad que hasta ahora ha guiado el diseño estructural sea obsoleta. Este artículo explora cómo los códigos estructurales han evolucionado hacia un diseño basado en estados límite y la necesidad urgente de ajustar los métodos de análisis de riesgos ante la creciente incertidumbre climática. Además, se analizan los problemas derivados del uso exclusivo de datos históricos para modelar cargas climáticas y las dificultades que plantea el cambio climático a la hora de predecir eventos extremos. Finalmente, se destaca la necesidad de desarrollar nuevos modelos y enfoques analíticos que garanticen la seguridad de las infraestructuras en un entorno climático en constante cambio.
Os dejo un mapa conceptual sobre las reflexiones anteriores.
Referencias:
ASCE (2015). Adapting infrastructure and civil engineering practice to a changing climate. Committee on Adaptation to a Changing Climate. American Society of Civil Engineers.
ASCE (2018). Climate-resilient infrastructure: Adaptive design and risk management. Reston, VA: Committee on Adaptation to a Changing Climate. American Society of Civil Engineers.
Cooke, R. M. (2015). Messaging climate change uncertainty. Nature Climate Change, 5(1), 8-10.
Ellingwood, B. R., Bocchini, P., Lounis, Z., Ghosn, M., Liu, M., Yang, D., Capacci, L., Diniz, S., Lin, N., Tsiatas, G., Biondini, F., de Lindt, J., Frangopol, D.M., Akiyama, M., Li, Y., Barbato, M., Hong, H., McAllister, T., Tsampras, G. & Vahedifard, F. (2024). Impact of Climate Change on Infrastructure Performance. In Effects of Climate Change on Life-Cycle Performance of Structures and Infrastructure Systems: Safety, Reliability, and Risk (pp. 115-206). Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
García-Segura, T., Yepes, V., Frangopol, D. M., & Yang, D. Y. (2017). Lifetime reliability-based optimization of post-tensioned box-girder bridges. Engineering Structures, 145, 381-391.
Pandey, M. D., & Lounis, Z. (2023). Stochastic modelling of non-stationary environmental loads for reliability analysis under the changing climate. Structural Safety, 103, 102348.
Ribereau, P., Guillou, A., & Naveau, P. (2008). Estimating return levels from maxima of non-stationary random sequences using the Generalized PWM method. Nonlinear Processes in Geophysics, 15(6), 1033-1039.
Salas, J. D., & Obeysekera, J. (2014). Revisiting the concepts of return period and risk for nonstationary hydrologic extreme events. Journal of hydrologic engineering, 19(3), 554-568.
Tye, M. R., & Giovannettone, J. P. (2021, October). Impacts of future weather and climate extremes on United States infrastructure: Assessing and prioritizing adaptation actions. Reston, VA: American Society of Civil Engineers.
El artículo presenta un análisis exhaustivo sobre la integración de la realidad aumentada en la enseñanza superior de las ingenierías y de las ciencias de la Tierra. Una de las contribuciones más significativas es la propuesta de una metodología estructurada, denominada SEBAS, que guía la incorporación de esta tecnología enriquecedora en el aula. Esta metodología no solo proporciona un marco claro para el desarrollo de actividades educativas, sino que también fomenta un enfoque activo y participativo en el aprendizaje. La investigación destaca cómo esta tecnología puede transformar la enseñanza tradicional, ya que facilita la visualización de conceptos complejos y abstractos, lo que resulta en una experiencia de aprendizaje más interactiva y efectiva.
Además, el estudio resalta la importancia de la formación docente en el uso de tecnologías emergentes, lo que puede mejorar la calidad de la enseñanza y la preparación del alumnado para afrontar los desafíos del mundo profesional. La inclusión de la realidad aumentada en el currículo de ingeniería civil no solo enriquece el proceso educativo, sino que también responde a las necesidades de una generación de nativos digitales que demanda métodos de enseñanza más dinámicos.
Los resultados de la investigación indican que los estudiantes recibieron positivamente la implantación de esta tecnología en su formación. Se observó un aumento en la comprensión de los contenidos teóricos y una mejora en la motivación y el compromiso con el aprendizaje. La encuesta realizada a los participantes mostró que la mayoría considera que la realidad aumentada es un complemento valioso para las actividades prácticas y teóricas, lo que sugiere que esta herramienta puede ser un recurso eficaz para abordar las limitaciones de la educación tradicional.
Estos hallazgos tienen implicaciones significativas para la práctica profesional en ingeniería civil. La capacidad de visualizar y manipular modelos tridimensionales permite a los futuros profesionales desarrollar habilidades críticas esenciales para su campo. Además, la investigación recomienda que esta tecnología puede utilizarse para simular situaciones reales en el entorno laboral, lo que prepara a los futuros ingenieros para enfrentar desafíos prácticos de manera más efectiva. Este enfoque no solo mejora la formación académica, sino que también aumenta la empleabilidad de los graduados.
A partir de los resultados del artículo, se pueden identificar varias áreas de estudio que merecen una exploración más a fondo. Una posible línea de investigación podría centrarse en evaluar a largo plazo el impacto de la realidad aumentada en el rendimiento y la retención del conocimiento del alumnado de ingeniería civil. Esto permitiría determinar la efectividad de esta tecnología en diferentes contextos educativos y su capacidad para adaptarse a diversas metodologías de enseñanza.
Otra área de interés podría ser el desarrollo de recursos digitales específicos que complementen la enseñanza de otras disciplinas dentro de la ingeniería, como la ingeniería estructural o la ingeniería ambiental. La creación de aplicaciones que aborden temas específicos podría enriquecer aún más el aprendizaje y proporcionar herramientas prácticas a los estudiantes.
Finalmente, se sugiere investigar la percepción y aceptación de la realidad aumentada entre el profesorado, así como su disposición para integrar estas tecnologías en su práctica docente. Comprender las barreras y facilitadores en la adopción de esta herramienta por parte de los docentes puede resultar clave para su implementación exitosa en el aula.
La investigación sobre la realidad aumentada en la enseñanza superior de ingeniería civil ofrece perspectivas valiosas para mejorar el proceso de enseñanza-aprendizaje. La metodología SEBAS y los resultados positivos en la percepción del alumnado ponen de manifiesto el potencial de esta tecnología como herramienta educativa. Las futuras investigaciones en este campo pueden contribuir significativamente al avance del conocimiento y la práctica en esta disciplina, promoviendo una educación más interactiva y adaptada a las necesidades del entorno profesional actual.
El documento, titulado «Guía para las especificaciones técnicas del hormigón», forma parte de la serie de guías Eurocódigos, elaborada por el Ministerio de Transportes, Movilidad y Agenda Urbana de España. Su propósito es proporcionar un marco de referencia que facilite la aplicación de los Eurocódigos en el diseño y ejecución de obras de construcción, prestando especial atención al hormigón. A lo largo del texto se abordan aspectos técnicos relacionados con la especificación del hormigón, con el objetivo de garantizar el cumplimiento de las normativas europeas y de las exigencias del Código Estructural español.
La guía se enmarca en un contexto normativo que ha experimentado una notable transformación desde la implementación de los Eurocódigos en la década de 1980. Se destaca la importancia de estas normativas para armonizar los criterios de diseño y ejecución en el ámbito de la construcción en Europa. La guía se presenta como un recurso esencial para los profesionales del sector, ya que proporciona directrices claras y concisas sobre cómo especificar el hormigón de acuerdo con la normativa vigente.
Desarrollo de los aspectos más relevantes
La guía se organiza en varios capítulos que abordan desde la introducción a los Eurocódigos hasta la definición de especificaciones técnicas del hormigón. En el primer capítulo se establece el contexto y la importancia de la normativa europea en el ámbito de la construcción, y se destaca la evolución de los Eurocódigos desde su creación hasta su aplicación en proyectos de infraestructura en España. Se menciona que la serie de guías Eurocódigos se inició en 2018 con el objetivo de profundizar en el conocimiento de estas normativas en la comunidad técnica española y facilitar su aplicación en proyectos de la Dirección General de Carreteras.
Uno de los aspectos más relevantes es la definición de los requisitos básicos para especificar el hormigón, que incluyen la clase de resistencia a compresión, la clase de exposición y el tamaño máximo del árido. Estos requisitos son esenciales para garantizar que el hormigón utilizado en las obras cumpla con las propiedades mecánicas y de durabilidad necesarias para su correcto funcionamiento en las condiciones ambientales previstas. La guía detalla cómo se deben designar los hormigones y cómo se debe elaborar el cuadro de especificaciones técnicas para garantizar el cumplimiento de las normativas.
La guía también aborda la equivalencia entre las especificaciones del hormigón según los Eurocódigos y el Código Estructural, y proporciona un marco claro para interpretar y aplicar ambas normativas. Este enfoque permite a los profesionales del sector entender cómo se relacionan los requisitos de cada norma y cómo se pueden aplicar en la práctica. Se hace hincapié en la necesidad de resolver la compatibilidad entre las normas europeas de producto, ejecución y control, y el Código Estructural, motivo por el cual se ha elaborado esta guía.
Además, se incluyen recomendaciones sobre el control de calidad y la ejecución del hormigón, haciendo hincapié en la importancia de establecer niveles de control adecuados durante la producción y colocación del material. La guía sugiere que el control de conformidad de la resistencia del hormigón se realice mediante métodos estadísticos, lo que permite evaluar con mayor precisión la calidad del material utilizado en las obras. Se menciona que el control de conformidad debe incluir la verificación de la resistencia, durabilidad y otras características exigidas en el pliego de prescripciones técnicas particulares.
Otro aspecto destacado es la clasificación del hormigón en función de su tipo y función estructural. La guía establece que es conveniente incluir una distinción en función del uso previsto del hormigón, diferenciando entre hormigón en masa, hormigón armado, hormigón pretensado y hormigón no estructural. Esta clasificación permite prever las características del material definidas en la especificación, lo que es esencial para garantizar la calidad y durabilidad del hormigón en las obras.
La guía también proporciona un análisis detallado de los requisitos adicionales que pueden incluirse en la especificación del hormigón, como el tipo de cemento, la temperatura del hormigón fresco y las características exigidas para resistir daños por ciclos de hielo-deshielo. Estos requisitos adicionales son importantes para garantizar que el hormigón se adapte a las condiciones específicas del entorno en el que se utilizará, lo que contribuirá a su durabilidad y rendimiento a largo plazo.
Recomendaciones prácticas
Para aplicar correctamente las especificaciones técnicas del hormigón, se recomienda que los estudiantes y los profesionales del sector se familiaricen con los Eurocódigos, el Código Estructural y la guía en cuestión. Se recomienda realizar capacitaciones periódicas sobre las normativas vigentes, ya que esto contribuirá a una mejor comprensión de los requisitos y a su correcta implementación en proyectos de construcción.
Asimismo, se sugiere establecer protocolos claros para el control de calidad del hormigón que incluyan la realización de ensayos de resistencia y durabilidad en diferentes etapas del proceso de producción y colocación. La documentación de estos ensayos debe ser rigurosa y accesible para facilitar la trazabilidad del material utilizado en las obras.
Es fundamental fomentar la colaboración entre todos los actores involucrados en el proceso constructivo, desde los diseñadores hasta los ejecutores, para garantizar que todos comprendan y apliquen adecuadamente las especificaciones técnicas del hormigón. La comunicación efectiva entre los equipos de trabajo puede ayudar a prevenir errores y garantizar el cumplimiento de los estándares de calidad establecidos.
Conclusión
La guía de especificaciones técnicas del hormigón proporciona un marco detallado y estructurado que facilita la aplicación de normativas europeas en el ámbito de la construcción en España. Su contenido técnico y práctico resulta muy útil para el alumnado y los profesionales del sector, ya que facilita la comprensión de los requisitos necesarios para garantizar la calidad y durabilidad del hormigón en las obras. La aplicación de las recomendaciones propuestas mejorará la práctica constructiva y garantizará el cumplimiento de las normativas vigentes.
A continuación, os paso la guía completa. Espero que os sea útil.
Cada 31 de diciembre, decidimos que un año termina y empieza otro. Aunque podría haberse elegido una fecha más relacionada con los ciclos naturales, como un solsticio o un equinoccio, la tradición marca este día como el final de un ciclo y el comienzo de otro. Como cada año, aprovecho este momento para reflexionar sobre lo que ha ocurrido en el 2024. Sin duda, será un año que recordaremos durante mucho tiempo.
El año 2024 nos ha conmocionado con el desastre ocurrido en la provincia de Valencia a causa de las inundaciones provocadas por la DANA. El 29 de octubre es una fecha que no olvidaremos fácilmente. Muchos compañeros hemos participado en medios de comunicación para explicar lo ocurrido y cómo se puede afrontar la reconstrucción necesaria. También se cumplieron 20 años del tsunami del Índico. A nivel personal, este año cumplí 60 años, pero desgraciadamente no lo pude celebrar con mi padre, al que tanto le debo. Mi recuerdo más emocionado.
Si repasamos brevemente algunos de los acontecimientos de este año, vemos que continúan los conflictos armados, como la invasión rusa de Ucrania, la guerra civil birmana, la guerra civil sudanesa y la insurgencia islamista en el Sahel. En noviembre se reanudaron los intensos combates, que llevaron al derrocamiento del régimen baazista sirio en diciembre y a la huida del país del presidente Bashar al-Ásad. Israel sigue inmerso en un conflicto que ya dura demasiado y que está adquiriendo una dimensión regional. Asimismo, se celebraron los Juegos Olímpicos en París, Donald Trump ganó las elecciones presidenciales en Estados Unidos y se celebró la Conferencia de las Naciones Unidas sobre el Cambio Climático de Bakú, la COP29.
El 14 de julio se cumplieron 200 años del fallecimiento de Agustín de Betancourt. Como buen ingeniero de caminos, acudí a Puerto de la Cruz, en Tenerife, a visitar su pueblo natal. Lamentablemente, en este año nos han dejado destacados ingenieros como Javier Manterola Armisén, Enrique Alarcón Álvarez, Juan Miguel Villar Mir o Manuel Melis Maynar, entre otros, marcando pérdidas significativas en el mundo de la ingeniería.
Pero voy a centrarme ya en el balance personal que suelo hacer cada año en estas fechas. Este año terminamos el proyecto de investigación HYDELIFE y nos concedieron el nuevo proyecto RESILIFE, que tiene una duración de tres años. En este momento, mi índice H es de 44 en la Web of Science, de 43 en Scopus y de 62 en Google Académico, con 181 artículos publicados en revistas indexadas en el JCR. Además de los 19 artículos científicos que he publicado en revistas indexadas en el JCR, ya hemos publicado dos artículos en 2025 y hemos aceptado uno más. No está mal empezar el año con tres artículos. Nunca me cansaré de elogiar a los integrantes del grupo de investigación. Mejoran cada día.
Este año he sido elegido, por segundo mandato consecutivo, como Consejero en el Sector 4: docencia e investigación del Colegio de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos. También participé como secretario en la Comisión de Acreditación 15 de Ingeniería Civil de ANECA. Igualmente, he sido presidente de la comisión que ha evaluado varios másteres universitarios en la Universitat Politècnica de Catalunya, a través de la agencia AQU Catalunya. Asimismo, he participado en numerosas evaluaciones de proyectos de I+D+i con AENOR.
Demos un pequeño repaso a lo que ha sido este 2024. En el mes de enero conocimos que nuestro doctorando Iván Negrín ganó la primera edición del Premio EMA (Excelencia y Mérito Académico) de estructuras de edificación 2023. En mayo nuestro estudiante de doctorado Mehrdad Hadizadeb-Bazaz por su Premio al mejor trabajo en la modalidad de póster otorgado por la Escuela de Doctorado de la Universitat Politècnica de València, dentro del IX Encuentro de Estudiantes de Doctorado. El 19 de junio, Ricardo Martín Polo defendió su tesis doctoral con la máxima calificación. En junio nos enteramos de que las tesis doctorales de David Martínez Muñoz y de Zhiwu Zhou habían recibido premios extraordinarios. En octubre me enteré de que era finalista en la categoría de divulgación científica de la UPV, aunque aún no se han dado a conocer los resultados de los premios debido a la DANA. El 4 de diciembre se defendió la tesis doctoral de Andrés Ruiz, codirigida por el profesor Julián Alcalá y por mí, y también con la máxima calificación. He participado en varios congresos como el X Congreso de Innovación Educativa y Docencia en Red (IN-RED 2024), el Congress on Numerical Methods in Engineering CMN2024, o el 28th International Congress on Project Management and Engineering.
Este año he publicado un libro que he tardado en elaborar varios años. Se trata del Manual de Referencia denominado: Estructuras auxiliares en la construcción: Andamios, apeos, entibaciones, encofrados y cimbras. Este libro aborda las estructuras auxiliares en la construcción, tanto en edificación como en ingeniería civil, y trata temas como apeos, apuntalamientos, entibaciones, andamios, encofrados y cimbras. Su novedad radica en el enfoque constructivo de estas técnicas, apoyado por fotografías e ilustraciones. Incluye bibliografía, autoevaluaciones, respuestas y problemas resueltos, lo que lo convierte en un recurso útil para estudiantes de ingeniería y arquitectura, así como en un manual de consulta para profesionales de la construcción. Complementa textos más teóricos sobre estructuras y geotecnia.
Este post es el número 189 de los que he escrito este año, lo cual no está nada mal. Ya he publicado 2038 artículos en mi blog desde que inicié esta andadura el 5 de marzo de 2012, por lo que este año se cumple una década de esta aventura. Sin darme cuenta, he tocado muchos temas relacionados con la profesión de la ingeniería civil y la construcción en todos sus aspectos. Además, cada vez tengo más presencia en las redes sociales. Tengo más de 34 200 seguidores en X (antes Twitter) y más de 23 200 en LinkedIn.
Por último, os dejo a continuación algunas referencias sobre los artículos, congresos, libros y vídeos educativos que he realizado durante este año 2024. Cada año es más difícil mejorar los resultados del año anterior, pero haremos todo lo posible para el 2025.
INVESTIGADOR PRINCIPAL EN PROYECTOS DE INVESTIGACIÓN COMPETITIVOS:
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.
ARTÍCULOS INDEXADOS EN EL JCR:
BLIGHT, T.; MARTÍNEZ-PAGÁN, P.; ROSCHIER, L.; BOULET, D.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). Innovative approach of nomography application into an engineering educational context. Plos One, (accepted, in press).
YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Comparing neural network and Kriging for the embodied energy optimization of prestressed concrete slab road bridges.Congress on Numerical Methods in Engineering CMN2024, 6-6 September 2024, Universidade de Aveiro, Portugal.
Acaban de publicar nuestro artículo en la revista del primer decil del JCR Journal of Building Enginering. El artículo aborda el desafío técnico y científico que supone analizar las características de deformación en excavaciones profundas en suelos blandos. Estas excavaciones, que están aumentando en escala y complejidad, plantean problemas de estabilidad debido a las propiedades inherentes de los suelos blandos, como su alta compresibilidad, alta sensibilidad, baja permeabilidad y baja resistencia. Además, la interacción entre el agua y el suelo durante la excavación puede causar consolidación por filtración, alteraciones en el campo de tensiones y riesgos significativos para las estructuras circundantes.
Actualmente, los métodos predominantes, como el análisis por elementos finitos y la monitorización experimental, presentan limitaciones a la hora de evaluar la precisión y los efectos espaciales en grandes escalas. Este estudio propone una mejora mediante la modelación tridimensional no lineal que incorpora un modelo de interfaz deslizante. El estudio analiza el proyecto XSS-03-10D, para lo que se utilizan mediciones in situ y simulaciones numéricas con las que estudiar la evolución temporal y espacial de la deformación de los sistemas de soporte y los asentamientos superficiales.
La pregunta principal que guía este trabajo es la siguiente: ¿cómo influye la interacción entre el sistema de soporte y el suelo circundante en la estabilidad y seguridad de las excavaciones profundas en suelos blandos y qué tan efectivas son las herramientas de modelación tridimensional para predecir estos comportamientos?
Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Colaboramos con investigadores de la Hunan University of Science and Engineering, de China. A continuación, explicamos brevemente el contenido del artículo que podéis descargar gratuitamente.
Metodología
La metodología empleada en este estudio combina el control exhaustivo en campo con avanzadas simulaciones numéricas para evaluar las características de deformación de las excavaciones profundas. En primer lugar, se realizó un análisis detallado de las condiciones geotécnicas del terreno, incluyendo pruebas de laboratorio y muestreo de suelos en diferentes capas. Gracias a estas pruebas, se identificaron propiedades clave del suelo, como el contenido de humedad, la densidad, la cohesión y el ángulo de fricción interna, que son esenciales para los cálculos posteriores.
Posteriormente, se diseñó un modelo tridimensional no lineal en el programa informático ABAQUS que incorporó las propiedades específicas del suelo y un modelo de interfaz deslizante para simular las interacciones entre el sistema de soporte y el terreno. Este modelo se estructuró en dos capas principales de excavación: la primera, desde la superficie hasta los -7550 m, está compuesta principalmente por relleno y lodo; y la segunda, desde los -7550 m hasta los -10750 m, está formada principalmente por lodo blando.
El modelo numérico se calibró mediante la comparación con datos reales obtenidos de 197 puntos de control distribuidos en el yacimiento. Estos puntos incluían sensores para medir desplazamientos horizontales y verticales, la presión del suelo y las fuerzas axiales en los sistemas de soporte. Además, se integraron sistemas de alerta temprana que permitieron identificar zonas críticas en tiempo real y ajustar las estrategias de soporte en consecuencia.
El análisis se dividió en varias etapas:
Modelación inicial: Se definieron los parámetros básicos del suelo y los límites del modelo. Se realizaron simulaciones preliminares para establecer un marco de referencia.
Simulación del proceso de excavación: Se aplicaron cargas incrementales para replicar el proceso de excavación por capas, teniendo en cuenta los cambios en la presión del suelo y las interacciones dinámicas entre los sistemas de soporte y el terreno.
Validación de resultados: Los resultados del modelo se compararon con los datos de supervisión in situ. Esto incluyó la evaluación de desplazamientos, deformaciones y fuerzas internas, y la realización de ajustes iterativos en el modelo para mejorar la precisión.
Análisis de escenarios críticos: Se exploraron escenarios de fallo potenciales y se identificaron las zonas más vulnerables dentro del sistema de soporte y del terreno circundante.
Esta combinación de monitorización de campo y simulación numérica no solo permitió validar la precisión del modelo tridimensional, sino también obtener una visión integral de los patrones espaciotemporales de deformación.
Aportaciones relevantes
En primer lugar, este trabajo presenta un modelo tridimensional de elementos finitos que combina elasticidad y plasticidad no lineales y que está adaptado para capturar las características específicas de los suelos blandos. Este enfoque supera las limitaciones de los modelos constitutivos tradicionales al integrar datos de campo y parámetros geotécnicos.
En segundo lugar, el estudio identifica los factores clave que afectan a la estabilidad de las excavaciones profundas, como la presión lateral del suelo, los efectos de consolidación y la interacción entre el terreno y la estructura. La comparación entre los datos medidos y los simulados demostró una alta correlación, lo que confirma la precisión del modelo y su aplicabilidad práctica.
Además, el artículo destaca la importancia de realizar un seguimiento continuo y de integrar sistemas de alerta temprana para mitigar riesgos durante la construcción. Este enfoque tiene un impacto directo en la sostenibilidad de los proyectos de infraestructura, ya que reduce el riesgo de fallos estructurales y minimiza el impacto ambiental.
Otra contribución relevante es la identificación de patrones espaciotemporales en la deformación de los sistemas de soporte, lo que permite diseñar estrategias de mitigación más eficaces. Por último, el enfoque metodológico presentado puede adaptarse a otros tipos de proyectos de infraestructura, lo que amplía su aplicabilidad en el campo de la ingeniería civil.
Discusión de resultados
Los resultados del estudio muestran que la deformación de los sistemas de soporte y los asentamientos del suelo presentan patrones espaciotemporales complejos. Durante la excavación por capas, se observó que el sistema de soporte experimentaba un incremento progresivo de las fuerzas axiales, alcanzando valores cercanos a los límites de seguridad en zonas específicas. Estas áreas coinciden con zonas de transición entre diferentes propiedades del suelo y regiones con interacciones más intensas entre el agua y el suelo.
El análisis numérico reveló que el modelo tridimensional es más preciso a la hora de predecir deformaciones y fallos que los métodos tradicionales. Por ejemplo, las simulaciones anticiparon asentamientos y desplazamientos horizontales que coincidieron con los valores observados in situ, lo que proporciona una herramienta fiable para la toma de decisiones durante la construcción.
En cuanto a los desplazamientos horizontales, los datos de control mostraron que los puntos ubicados cerca de áreas de transición de suelos blandos presentaron los mayores valores de deformación. Esto subraya la importancia de diseñar sistemas de soporte que se puedan adaptar dinámicamente a las características específicas del terreno. Por otro lado, los asentamientos superficiales fueron más pronunciados en zonas adyacentes a cuerpos de agua, lo que sugiere que el nivel freático es crucial para la estabilidad de las excavaciones.
Desde el punto de vista del comportamiento estructural, las fuerzas axiales en los soportes interiores aumentaron de forma progresiva durante la excavación, alcanzando valores cercanos a los límites de diseño. Esto demuestra la necesidad de implementar estrategias de refuerzo adicionales en las fases críticas de la construcción. Los resultados también evidenciaron la presencia de efectos de acoplamiento entre el suelo y las estructuras circundantes, un aspecto que podría abordarse en futuros estudios para mejorar la precisión de los modelos predictivos.
Además, se observó que la interacción entre el sistema de soporte y el suelo puede verse significativamente influenciada por factores externos, como las condiciones climáticas y las variaciones en el nivel freático. Estas interacciones tienen implicaciones directas para la estabilidad del sistema, por lo que se deben utilizar estrategias de monitorización adaptativas. Finalmente, los patrones de deformación identificados durante el análisis ponen de manifiesto la importancia de realizar ajustes dinámicos en el diseño y el monitoreo según las condiciones cambiantes en tiempo real.
Futuras líneas de investigación
A partir de los resultados de este estudio, se identifican varias áreas prometedoras para la investigación futura. Una de ellas es mejorar los modelos constitutivos del suelo para tener en cuenta mejor los efectos de la interacción multidimensional entre agua, suelo y estructuras. Esto podría incluir la incorporación de modelos viscoelásticos para simular el comportamiento a largo plazo de los suelos blandos.
Otra línea de interés es el desarrollo de herramientas de simulación que integren datos en tiempo real procedentes de sensores distribuidos en el lugar de la obra. Esto permitiría realizar ajustes instantáneos en las estrategias de construcción, mejorando la seguridad y reduciendo los costes asociados a fallos inesperados.
Además, el estudio destaca la necesidad de investigar la influencia de eventos extremos, como terremotos o lluvias torrenciales, en la estabilidad de excavaciones profundas. Las simulaciones que integran estos escenarios podrían proporcionar datos valiosos para diseñar sistemas de soporte más resilientes.
Finalmente, la investigación sobre métodos sostenibles de construcción en suelos blandos podría beneficiarse de estudios centrados en el uso de materiales de refuerzo ecológicos y en la optimización de diseños que reduzcan la huella de carbono. Estas iniciativas contribuirían al avance de la ingeniería civil hacia un enfoque más respetuoso con el medio ambiente.
Conclusión
El trabajo ofrece un análisis exhaustivo y un marco metodológico innovador para abordar los desafíos de las excavaciones profundas en suelos blandos. Al combinar la supervisión in situ con simulaciones numéricas avanzadas, el estudio asienta las bases para mejorar las prácticas de diseño y construcción.
El uso de modelos tridimensionales no lineales ha demostrado ser una herramienta muy eficaz para predecir comportamientos complejos de deformación y diseñar estrategias de mitigación más efectivas. Esto tiene implicaciones significativas para proyectos de infraestructura en entornos similares, ya que ofrece una guía clara para mejorar la estabilidad y sostenibilidad de estas obras.
En la práctica, los hallazgos refuerzan la importancia del seguimiento continuo y la adaptación dinámica de las estrategias de soporte según las condiciones en tiempo real. Estas prácticas no solo aumentan la seguridad, sino que también reducen los costes y el impacto ambiental asociados a los fallos estructurales.
Finalmente, el estudio sentará las bases para futuras investigaciones que exploren enfoques aún más integrados, sostenibles y resilientes, y permitirá que la ingeniería civil continúe evolucionando frente a los desafíos que presentan los entornos geotécnicos complejos. Además, los resultados invitan a adoptar un enfoque interdisciplinario que combine herramientas tecnológicas avanzadas y principios de sostenibilidad para optimizar tanto los resultados estructurales como el impacto ambiental de las construcciones en suelos blandos.
El aprendizaje no supervisado es una rama del aprendizaje automático (Machine Learning) que se centra en analizar y estructurar datos sin etiquetas ni categorías predefinidas. A diferencia del aprendizaje supervisado, en el que los modelos se entrenan con datos etiquetados, en el aprendizaje no supervisado los algoritmos deben identificar de manera autónoma patrones, relaciones o estructuras ocultas dentro de los datos. Se trata de una herramienta poderosa para explorar y entender datos complejos sin la necesidad de etiquetas predefinidas, descubriendo patrones y estructuras ocultas que pueden ser de gran valor en diversas aplicaciones prácticas.
El aprendizaje no supervisado permite analizar datos sin un objetivo definido o sin conocimiento previo de su estructura. Este enfoque es ideal para explorar patrones latentes y reducir la dimensionalidad de grandes conjuntos de datos, lo que facilita una mejor comprensión de su estructura. Además, al no depender de etiquetas previamente asignadas, permite adaptarse de manera flexible a diversos tipos de datos, incluidos aquellos cuya estructura subyacente no es evidente. Esta característica lo hace especialmente valioso en ámbitos como la exploración científica y el análisis de datos de mercado, donde los datos pueden ser abundantes, pero carecer de categorías predefinidas.
A pesar de sus ventajas, el aprendizaje no supervisado plantea desafíos como la interpretación de los resultados, ya que sin etiquetas predefinidas puede ser difícil evaluar la precisión de los modelos. Además, la elección del número óptimo de grupos o la validación de las reglas de asociación descubiertas puede requerir la intervención de expertos y métodos adicionales de validación.
El aprendizaje no supervisado incluye diversas técnicas que permiten analizar y extraer patrones de grandes conjuntos de datos sin necesidad de etiquetas. Una de las principales técnicas es el agrupamiento (clustering), que busca dividir los datos en grupos basados en similitudes inherentes. Existen dos tipos de algoritmos de agrupamiento: el agrupamiento duro, que asigna un dato a un único grupo, y el agrupamiento suave, que permite que un dato pertenezca a varios grupos con diferentes grados de pertenencia. Técnicas como k-means y k-medoids se utilizan mucho en este contexto. Mientras que k-means busca minimizar la distancia entre los datos y los centros de los grupos, k-medoids es más robusto frente a valores atípicos y adecuado para datos categóricos. Por otro lado, el agrupamiento jerárquico genera un dendrograma que permite explorar relaciones jerárquicas en los datos. Los mapas autoorganizados, que emplean redes neuronales, se utilizan para reducir la dimensionalidad de los datos sin perder su estructura y facilitar su interpretación en campos como la bioinformática y la economía.
En situaciones donde los datos tienen relaciones difusas, el agrupamiento suave, como el fuzzy c-means, asigna grados de pertenencia a cada dato, lo que resulta útil en áreas como la biomedicina. Los modelos de mezcla gaussiana, que utilizan distribuciones normales multivariadas, también se aplican a problemas complejos como la segmentación de mercado o la detección de anomalías. Además, el aprendizaje no supervisado incluye técnicas de asociación que buscan descubrir relaciones entre variables en grandes bases de datos, como el análisis de la cesta de la compra, donde se identifican productos que suelen comprarse juntos. También se utilizan técnicas de reducción de la dimensionalidad, que simplifican los datos de alta dimensionalidad sin perder mucha variabilidad. El análisis de componentes principales (PCA) es una técnica común en este ámbito, ya que transforma los datos en combinaciones lineales que facilitan su visualización y análisis, especialmente en casos de datos ruidosos, como los procedentes de sensores industriales o dispositivos médicos. Otras técnicas, como el análisis factorial y la factorización matricial no negativa, también se utilizan para reducir la complejidad de los datos y hacerlos más manejables, y son útiles en áreas como la bioinformática, el procesamiento de imágenes y el análisis de textos.
El aprendizaje no supervisado tiene diversas aplicaciones, como el análisis de clientes, que permite identificar segmentos con características o comportamientos similares, lo que optimiza las estrategias de marketing y la personalización de los servicios. También se utiliza en la detección de anomalías, ya que ayuda a identificar datos atípicos que pueden indicar fraudes, fallos en los sistemas o comportamientos inusuales en áreas industriales y financieras; en este campo, el análisis factorial revela dinámicas compartidas entre sectores económicos, lo que mejora la predicción de tendencias de mercado. En el procesamiento de imágenes, facilita tareas como la segmentación, que consiste en agrupar píxeles con características similares para identificar objetos o regiones dentro de una imagen. Además, en el análisis de textos, técnicas como la factorización matricial no negativa permiten descubrir temas latentes en grandes colecciones de documentos, mejorando los sistemas de recomendación y el análisis de sentimientos. En la investigación genómica, el clustering suave ha permitido identificar genes implicados en el desarrollo de enfermedades, lo que ha contribuido a avanzar en la medicina personalizada. Esta capacidad para analizar patrones complejos en datos biológicos ha acelerado el descubrimiento de biomarcadores y posibles dianas terapéuticas. Este enfoque también permite identificar correlaciones entre variables macroeconómicas que de otra manera podrían pasar desapercibidas. Por otro lado, el PCA se ha aplicado con éxito en la monitorización de sistemas industriales, ya que permite predecir fallos y reducir costes operativos mediante el análisis de variaciones en múltiples sensores. En el ámbito de la minería de textos, la factorización no negativa permite descubrir temas latentes, lo que mejora los sistemas de recomendación y análisis de sentimiento. Esto resulta particularmente valioso en aplicaciones de marketing digital, donde la segmentación precisa del contenido puede aumentar la eficacia de las campañas.
El aprendizaje no supervisado ha encontrado diversas aplicaciones en el ámbito de la ingeniería civil, ya que permite optimizar procesos y mejorar la toma de decisiones. A continuación, se destacan algunas de ellas:
Clasificación de suelos y materiales de construcción: Mediante técnicas de agrupación (clustering), es posible agrupar muestras de suelo o materiales de construcción según sus propiedades físicas y mecánicas. Esto facilita la selección adecuada de materiales para proyectos específicos y optimiza el diseño de cimentaciones y estructuras.
Análisis de patrones de tráfico: El aprendizaje automático permite identificar patrones en los flujos de tráfico, detectando comportamientos anómalos o recurrentes. Esta información es esencial para diseñar infraestructuras viales más eficientes y aplicar medidas de control de tráfico.
Monitorización de estructuras: Mediante la reducción dimensional y el análisis de datos procedentes de sensores instalados en puentes, edificios y otras infraestructuras, se pueden detectar anomalías o cambios en el comportamiento estructural. Esto contribuye a la prevención de fallos y al mantenimiento predictivo.
Optimización de rutas para maquinaria pesada: En proyectos de construcción a gran escala, el aprendizaje no supervisado ayuda a determinar las rutas más eficientes para la maquinaria, considerando factores como el terreno, el consumo de combustible y la seguridad, lo que se traduce en una mayor productividad y reducción de costes.
Segmentación de imágenes por satélite y aéreas: Las técnicas de aprendizaje no supervisado permiten clasificar y segmentar imágenes obtenidas de satélites o drones, identificando áreas urbanas, vegetación, cuerpos de agua y otros elementos. Esto es útil para la planificación urbana y la gestión de recursos naturales.
Análisis de datos de sensores en tiempo real: En la construcción de túneles y excavaciones, el análisis en tiempo real de datos de sensores puede realizarse mediante algoritmos no supervisados para detectar condiciones peligrosas, como deslizamientos de tierra o acumulación de gases, lo que mejora la seguridad en las obras.
En conclusión, el aprendizaje no supervisado es una herramienta versátil y potente para abordar problemas complejos y descubrir patrones ocultos en datos sin etiquetar. Su aplicación trasciende sectores, ya que ofrece soluciones prácticas para la investigación, la industria y el análisis de datos. En un mundo impulsado por el crecimiento exponencial de la información, el dominio de estas técnicas se presenta como una ventaja competitiva fundamental. La capacidad para analizar grandes volúmenes de datos y extraer información útil sigue siendo un motor clave de innovación y progreso.
Os dejo un mapa mental acerca del aprendizaje no supervisado.
Para profundizar en este tema, puedes consultar la siguiente conferencia:
Jean-Victor Poncelet (Metz, 1 de julio de 1788 – París, 22 de diciembre de 1867) fue un destacado matemático e ingeniero francés cuyas importantes contribuciones permitieron revalorizar la geometría proyectiva como una disciplina matemática fundamental.
