5 lecciones sorprendentes de la IA para construir puentes más sostenibles y económicos.

La tesis doctoral leída recientemente por Lorena Yepes Bellver se centra en la optimización del diseño de puentes de losa de hormigón pretensado para pasos elevados con el fin de mejorar la sostenibilidad económica y ambiental mediante la minimización de costes, energía incorporada y emisiones de CO₂. Con el fin de reducir la elevada carga computacional del análisis estructural, la metodología emplea un marco de optimización de dos fases asistido por modelos sustitutos, en el que se destaca el uso de Kriging y redes neuronales artificiales (RNA).

En concreto, la optimización basada en Kriging condujo a una reducción de costes del 6,54 % al disminuir significativamente el consumo de hormigón y acero activo sin comprometer la integridad estructural. Si bien las redes neuronales demostraron una mayor precisión predictiva global, el modelo Kriging resultó más eficaz para identificar los óptimos locales durante el proceso de búsqueda. El estudio concluye que las configuraciones de diseño óptimas priorizan el uso de altos coeficientes de esbeltez y suponen una reducción del hormigón y del acero activo en favor del acero pasivo, con el fin de mejorar la eficiencia energética. Finalmente, la investigación integra la toma de decisiones multicriterio (MCDM, por sus siglas en inglés) para evaluar de manera integral los diseños en función de sus objetivos económicos, estructurales y ambientales.

Cuando pensamos en la construcción de grandes infraestructuras, como los puentes, suele venirnos a la mente la imagen de proyectos masivos, increíblemente caros y con un gran impacto ambiental. Son gigantes de hormigón y acero que, aunque necesarios, parecen irrenunciablemente vinculados a un alto coste económico y ecológico.

Sin embargo, ¿y si la inteligencia artificial nos estuviera mostrando un camino para que estos gigantes de hormigón fueran más ligeros, económicos y respetuosos con el planeta? Una reciente tesis doctoral sobre la optimización de puentes está desvelando hallazgos impactantes y, en muchos casos, sorprendentes. Este artículo resume esa compleja investigación en cinco lecciones clave y a menudo sorprendentes que no solo se aplican a los puentes, sino que anuncian una nueva era en el diseño de infraestructuras.

1. La sostenibilidad cuesta mucho menos de lo que crees.

Uno de los descubrimientos más importantes de la investigación es que la idea de que la sostenibilidad siempre implica un alto sobrecoste es, en gran medida, un mito. La optimización computacional demuestra que la viabilidad económica y la reducción del impacto ambiental no son objetivos opuestos.

La tesis doctoral lo cuantifica con precisión: un modesto aumento de los costes de construcción (inferior al 1 %) puede reducir sustancialmente las emisiones de CO₂ (en más de un 2 %). Este dato es muy relevante, ya que demuestra que con un diseño inteligente asistido por modelos predictivos se puede conseguir un beneficio medioambiental significativo con una inversión mínima. La sostenibilidad y la rentabilidad pueden y deben coexistir en el diseño de las infraestructuras del futuro.

2. El secreto está en la esbeltez: cuanto más fino, más eficiente.

En el diseño de un puente, la «relación de esbeltez» es un concepto clave que define la proporción entre la altura del tablero (su grosor) y la longitud del vano principal. Tradicionalmente, podríamos pensar que «más robusto es más seguro», pero la investigación demuestra lo contrario.

El estudio identificó una relación de esbeltez óptima para minimizar el impacto ambiental. Concretamente, el estudio halló una relación de esbeltez de aproximadamente 1/30 para optimizar las emisiones de CO₂ y de aproximadamente 1/28 para optimizar la energía incorporada. Esto significa que, en lugar de construir puentes masivos por defecto, los modelos de IA demuestran que un diseño más esbelto y afinado no solo es estructuralmente sólido, sino también mucho más eficiente en el uso de materiales. Este diseño más esbelto se logra no solo usando menos material en general, sino también mediante un sorprendente reequilibrio entre los componentes clave de la estructura, como veremos a continuación.

3. El equilibrio de materiales: menos hormigón, más acero (pasivo).

Quizás uno de los descubrimientos más sorprendentes es que el diseño más sostenible no consiste simplemente en utilizar menos cantidad de todos los materiales. La solución óptima es más un reequilibrio inteligente que una simple reducción general.

La investigación revela que los diseños optimizados lograron reducir el uso de hormigón en un 14,8 % y de acero activo (el acero de pretensado que tensa la estructura) en un 11,25 %. Sin embargo, este descenso se compensa con un aumento de la armadura pasiva (el acero convencional que refuerza el hormigón). Esto resulta contraintuitivo, ya que la intuición ingenieril a menudo favorece una reducción uniforme de los materiales. Sin embargo, los modelos computacionales identifican un complejo intercambio —sacrificar un material más barato (hormigón) por otro más caro (acero pasivo)— para alcanzar un diseño globalmente óptimo en términos de coste y emisiones de CO₂, un equilibrio que sería extremadamente difícil de lograr con métodos de diseño tradicionales.

4. Precisión frente a dirección: El verdadero poder de los modelos predictivos.

Al comparar diferentes modelos de IA, como las redes neuronales artificiales y los modelos Kriging, la tesis doctoral reveló una lección fundamental sobre su verdadero propósito en ingeniería.

El estudio reveló que, si bien las redes neuronales ofrecían predicciones absolutas más precisas, el modelo Kriging era más eficaz para identificar las regiones de diseño óptimas. Esto pone de manifiesto un aspecto crucial sobre el uso de la IA en el diseño: su mayor potencial no radica en predecir un valor exacto, como si fuera una bola de cristal, sino en guiar al ingeniero hacia la «región» del diseño donde se encuentran las mejores soluciones posibles. La IA es una herramienta de exploración y dirección que permite navegar por un universo de posibilidades para encontrar de forma eficiente los diseños más prometedores.

5. La optimización va directo al bolsillo: reducción de costes superior al 6 %.

Más allá de los objetivos medioambientales, la investigación demuestra que estos modelos de IA son herramientas muy potentes para la optimización económica directa. Este descubrimiento no se refiere al equilibrio entre coste y sostenibilidad, sino a la reducción pura y dura de los costes del proyecto.

La tesis doctoral muestra que el método de optimización basado en Kriging consigue una reducción de costes del 6,54 %. Esta importante reducción se consigue principalmente minimizando el uso de materiales: un 14,8 % menos de hormigón y un 11,25 % menos de acero activo, el acero de pretensado más especializado y costoso. Esto demuestra de forma contundente que los modelos sustitutivos no solo sirven para alcanzar metas ecológicas, sino que también son una herramienta de gran impacto para la optimización económica en proyectos a gran escala.

Conclusión: Diseñando el futuro, un puente a la vez.

La inteligencia artificial y los modelos de optimización han dejado de ser conceptos abstractos para convertirse en herramientas prácticas que permiten descubrir formas novedosas y eficientes de construir la infraestructura del futuro. Los resultados de esta investigación demuestran que es posible diseñar y construir puentes que sean más económicos y sostenibles al mismo tiempo.

Estos descubrimientos no solo se aplican a los puentes, sino que abren la puerta a una nueva forma de entender la ingeniería. Si la IA puede rediseñar algo tan grande como un puente para hacerlo más sostenible, ¿qué otras grandes industrias están a punto de transformarse con un enfoque similar?

En este audio podéis escuchar una conversación sobre este tema.

Este vídeo resume las ideas principales.

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Referencias:

YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Predictive modeling for carbon footprint optimization of prestressed road flyovers. Applied Sciences, 15(17), 9591. DOI:10.3390/app15179591

VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES-BELLVER, L.; YEPES, V. (2025). A Hybrid Fuzzy DEMATEL–DANP–TOPSIS Framework for Life Cycle-Based Sustainable Retrofit Decision-Making in Seismic RC Structures. Mathematics, 13(16), 2649. DOI:10.3390/math13162649

ZHOU, Z.; WANG, Y.J.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Intelligent monitoring of loess landslides and research on multi-factor coupling damage. Geomechanics for Energy and the Environment, 42:100692. DOI:10.1016/j.gete.2025.100692

ZHOU, Z.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Study on the failure mechanism of deep foundation pit of high-rise building: comprehensive test and microstructure coupling. Buildings, 15(8), 1270. DOI:10.3390/buildings15081270

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Surrogate-assisted cost optimization for post-tensioned concrete slab bridges. Infrastructures, 10(2): 43. DOI:10.3390/infrastructures10020043.

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, 20(2): e0315426. DOI:10.1371/journal.pone.0315426

NAVARRO, I.J.; VILLALBA, I.; YEPES-BELLVER, L.; ALCALÁ, J. Social Life Cycle Assessment of Railway Track Substructure Alternatives. J. Clean. Prod. 2024, 450, 142008.

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Artificial neural network and Kriging surrogate model for embodied energy optimization of prestressed slab bridges. Sustainability, 16(19), 8450. DOI:10.3390/su16198450

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2023). Embodied energy optimization of prestressed concrete road flyovers by a two-phase Kriging surrogate model. Materials, 16(20); 6767. DOI:10.3390/ma16206767

YEPES-BELLVER, L.; BRUN-IZQUIERDO, A.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2022). CO₂-optimization of post-tensioned concrete slab-bridge decks using surrogate modeling. Materials, 15(14):4776. DOI:10.3390/ma15144776

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Tesis doctoral: Optimización sostenible y resiliente de edificios con estructuras híbridas y mixtas

De izquierda a derecha: Fermín Navarrina, Víctor Yepes, Iván Negrín, Tatiana García y Rasmus Rempling.

Hoy, 19 de diciembre de 2025, ha tenido lugar la defensa de la tesis doctoral de D. Iván Antonio Negrín Díaz, titulada “Metaheuristic optimization for the sustainable and resilient design of hybrid and composite frame building structures with advanced integrated modeling”, dirigida por los profesores Víctor Yepes y Moacir Kripka. La tesis ha obtenido la máxima calificación de sobresaliente «cum laude». A continuación, presentamos un breve resumen de la misma.

El cambio climático y la rápida expansión de las áreas urbanas han intensificado el impacto ambiental del sector de la construcción, responsable de cerca del 37 % de las emisiones globales de CO₂ y de más de un tercio del consumo energético mundial. Por tanto, mejorar la sostenibilidad y la resiliencia de las estructuras de edificios se ha convertido en una prioridad esencial, plenamente alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible de las Naciones Unidas. Esta tesis doctoral aborda este reto mediante el desarrollo de un marco de diseño optimizado que permite obtener soluciones innovadoras, sostenibles y resilientes para estructuras porticadas.

El objetivo principal de la investigación es crear y validar metodologías avanzadas que integren tipologías estructurales híbridas y mixtas con estrategias de optimización de vanguardia apoyadas en modelos estructurales de alta fiabilidad. Para ello, se formulan problemas de optimización que consideran conjuntamente criterios económicos, ambientales, constructivos, de durabilidad y de seguridad estructural, e incorporan, además, aspectos frecuentemente ignorados, como la interacción suelo-estructura, la robustez frente al colapso progresivo y el desempeño ambiental a lo largo del ciclo de vida de la estructura. Entre los objetivos específicos, destacan los siguientes: evaluar metaheurísticas avanzadas y técnicas de optimización asistida por metamodelos; cuantificar los riesgos de modelos estructurales simplificados; integrar la resiliencia como restricción de diseño; valorar los beneficios de tipologías híbridas y mixtas; explorar estrategias de optimización multiobjetivo; y comparar enfoques de diseño basados en fases iniciales y en el ciclo de vida.

Los resultados muestran que las estrategias metaheurísticas avanzadas y asistidas por metamodelos (como BBO-CINS, enfoques basados en Kriging y Optimización Escalarizada de Pareto) superan claramente a los algoritmos tradicionales, ya que logran reducciones de hasta el 90 % en el coste computacional en problemas de un solo objetivo y mejoras de hasta el 140 % en la calidad del frente de Pareto en problemas de varios objetivos. Asimismo, se evidencia el riesgo de simplificar en exceso los modelos estructurales: omitir aspectos críticos, como la interacción suelo-estructura o los elementos secundarios (forjados, muros), puede distorsionar el diseño, comprometer la seguridad (por ejemplo, al subestimar la resistencia al colapso) y aumentar los impactos ambientales a largo plazo, debido al deterioro acelerado y a las mayores necesidades de mantenimiento. También se demuestra que, al incorporar la resiliencia como restricción de diseño en lugar de tratarla como un objetivo de optimización, es posible mejorar la robustez frente al colapso progresivo sin perjudicar la sostenibilidad y reducir la carga ambiental del diseño robusto en torno al 11 % al considerar elementos estructurales secundarios.

A nivel de componentes estructurales, la optimización de las vigas de acero soldadas confirmó las ventajas de la hibridación y de las geometrías variables, lo que dio lugar a la tipología Transversely Hybrid Variable Section (THVS), que reduce los costes de fabricación hasta en un 70 % respecto a las vigas I convencionales. Su integración en pórticos compuestos de hormigón armado y elementos THVS proporcionó mejoras adicionales en sostenibilidad, con reducciones del 16 % en emisiones y del 11 % en energía incorporada en las fases iniciales de diseño, y hasta un 30 % en emisiones de ciclo de vida en comparación con los sistemas tradicionales de hormigón armado. La inclusión de forjados y muros estructurales amplificó estos beneficios, reduciendo los impactos del ciclo de vida hasta en un 42 % respecto a configuraciones de pórticos en las que solo el esqueleto trabaja estructuralmente (omitiendo forjados y muros).

En conjunto, esta tesis demuestra que las metodologías de diseño basadas en la optimización, apoyadas en modelos estructurales realistas y en estrategias computacionales avanzadas, permiten concebir edificios que, al mismo tiempo, son más sostenibles y resilientes. Al resaltar las ventajas de las tipologías híbridas y mixtas e integrar la resiliencia sin comprometer la sostenibilidad, la investigación establece un marco claro para el diseño contemporáneo. Además, al enfatizar la optimización a lo largo de todo el ciclo de vida, ofrece una base metodológica sólida para impulsar una nueva generación de edificaciones alineadas con los objetivos globales de sostenibilidad y de acción climática.

Referencias:

  1. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Life-cycle environmental impact optimization of an RC-THVS composite frame for sustainable construction. Engineering Structures, 345, 121461. DOI:10.1016/j.engstruct.2025.121461
  2. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Manufacturing cost optimization of welded steel plate I-girders integrating hybrid construction and tapered geometry. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 140, 1601-1624. DOI:10.1007/s00170-025-16365-2
  3. NEGRÍN, I.; CHAGOYÉN, E.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). An integrated framework for Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse of RC skeleton buildings incorporating Soil-Structure Interaction effects. Innovative Infrastructure Solutions, 10:446. DOI:10.1007/s41062-025-02243-z
  4. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Design optimization of a composite typology based on RC columns and THVS girders to reduce economic cost, emissions, and embodied energy of frame building construction. Energy and Buildings, 336:115607. DOI:10.1016/j.enbuild.2025.115607
  5. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487
  6. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.
  7. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Multi-criteria optimization for sustainability-based design of reinforced concrete frame buildings. Journal of Cleaner Production, 425:139115. DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139115
  8. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction. Engineering Structures, 293:116657. DOI:10.1016/j.engstruct.2023.116657
  9. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. Journal of Constructional Steel Research, 211:108131. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.108131
  10. TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. Journal of Constructional Steel Research, 207:107976. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.107976.
  11. NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631. DOI:10.1016/j.istruc.2023.04.006

 

Del desastre del Tay al icono del Forth: la extraordinaria carrera de Benjamin Baker

Sir Benjamin Baker (1840 – 1907). https://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Baker_(ingeniero)

Sir Benjamin Baker (31 de marzo de 1840 – 19 de mayo de 1907) fue un ingeniero civil británico de la época victoriana y una de las figuras más influyentes de la ingeniería del siglo XIX. Nació en Keyford, actualmente parte de Frome (Somerset), hijo de Benjamin Baker, asistente principal en la ferrería de Tondu, y de Sarah Hollis. Estudió en la Cheltenham Grammar School y, a los dieciséis años, comenzó su aprendizaje en los talleres de ferrería de Messrs. Price y Fox, en Neath Abbey. Tras completarlo, trabajó durante dos años como asistente de W. H. Wilson, antes de trasladarse a Londres, donde inició una larga colaboración con Sir John Fowler. En 1861 comenzó a trabajar como su asistente y en 1869 se convirtió en su jefe de ingenieros. En 1875, se hizo socio. Ese mismo año, asumió la responsabilidad de la construcción del ferrocarril subterráneo de distrito entre Westminster y la City de Londres y, pronto, fue consultado para otros proyectos de líneas subterráneas que empleaban túneles tubulares profundos de hierro fundido, tecnología que se convertiría en un estándar para el desarrollo del metro de Londres. También participó en la construcción del Ferrocarril Metropolitano de Londres y, en paralelo, colaboró en el diseño del tren elevado de Nueva York, inaugurado en 1868 y del que aún se conserva una parte como paseo peatonal.

Ya en esta etapa temprana, se consolidó como experto en estructuras metálicas y en obras ferroviarias urbanas, lo que lo situó en la primera línea de la ingeniería aplicada al rápido crecimiento de las grandes ciudades industriales.

Durante la década de 1860 y principios de la de 1870, Baker escribió importantes artículos sobre puentes de gran longitud y sobre vigas y travesaños, entre los que destacan los de 1867 y su serie The Strength of Brickwork, de 1872, en la que sostenía que la resistencia a tracción del cemento no debía pasarse por alto en los cálculos estructurales. En la década de 1870, publicó un libro sobre puentes ferroviarios de gran longitud que anticipó el uso generalizado del acero en grandes estructuras y demostró que este material permitía luces mucho mayores. También diseñó los muelles de Avonmouth y Hull, y proyectó tanto el barco como el dispositivo utilizado para transportar desde Egipto y volver a erigir en Londres el obelisco conocido como «Aguja de Cleopatra», que llegó al Reino Unido entre 1877 y 1878 y que actualmente se encuentra a orillas del Támesis. Su participación en el traslado de la Aguja de Cleopatra fue ampliamente comentada en la prensa técnica de la época y reforzó su reputación como ingeniero capaz de resolver problemas logísticos y estructurales de gran complejidad.

En 1879 se produjo el desastre del puente ferroviario del Tay, que se derrumbó causando numerosas víctimas. Al año siguiente, Baker fue nombrado perito judicial en la investigación oficial del accidente. Aunque actuaba en nombre del ingeniero Thomas Bouch, mantuvo su independencia profesional en todo momento. Rebatió la hipótesis de que el puente hubiera sido derribado por el viento y llevó a cabo un análisis exhaustivo de las estructuras cercanas, concluyendo que la presión del viento la noche del derrumbe no había superado las 15 libras por pie cuadrado, muy por debajo del mínimo necesario para provocar la caída. Esta intervención reforzó aún más su prestigio internacional en el ámbito de la ingeniería de puentes. A raíz de esta investigación, Baker insistió en la necesidad de criterios de cálculo más rigurosos frente a cargas de viento y en la revisión crítica de los métodos empíricos empleados hasta entonces en el diseño de grandes puentes de celosía.

Puente del Tay original visto desde el norte. https://es.wikipedia.org/wiki/Benjamin_Baker_(ingeniero)

Poco después comenzó el proyecto que marcaría su carrera: la construcción del puente de Forth. Tras desestimarse en 1880 el proyecto original de Thomas Bouch a raíz de las conclusiones de la investigación del puente del Tay, Baker y Fowler se encargaron del diseño del nuevo puente, cuya construcción se llevó a cabo entre 1882 y 1890 bajo la dirección de William Arrol. Construido completamente en acero, se convirtió en una obra pionera y en el puente en ménsula más grande del mundo. Con una longitud total de 2528,6 metros, tramos principales de 521,2 metros y torres de 104 metros de altura, el proyecto fue sin precedentes. Se utilizaron más de 55 000 toneladas de acero, 18 122 m³ de granito y más de ocho millones de remaches. En la obra participaron cerca de 4600 trabajadores y la cifra de fallecidos, estimada originalmente en 57, fue revisada posteriormente hasta alcanzar 98 víctimas. Baker popularizó el diseño mediante conferencias y célebres demostraciones públicas en las que utilizaba a personas para ilustrar la estabilidad del sistema en voladizo. El puente fue inaugurado el 4 de marzo de 1890 por el príncipe de Gales, el futuro Eduardo VII, quien remachó la última pieza, un remache de oro. El coste total de la obra ascendió a tres millones de libras, una cifra extraordinaria para la época. Como reconocimiento a esta hazaña, Baker fue nombrado caballero y la Royal Society lo eligió como miembro ese mismo año. Más tarde, en 1892, la Academia de Ciencias de Francia concedió a Fowler y a Baker el premio Poncelet, duplicando la cuantía para Baker, quien recibió 2000 francos. Los análisis metalúrgicos realizados en torno a 2002 confirmaron la alta calidad del acero empleado.

El puente de Forth se convirtió enseguida en un símbolo de la ingeniería victoriana y fue considerado durante décadas un paradigma de seguridad estructural, hasta el punto de emplearse como ejemplo en manuales y cursos de ingeniería de todo el mundo. Su sistema de ménsulas y anclajes, junto con el uso masivo del acero, influyó directamente en el diseño de otros grandes puentes ferroviarios y contribuyó a fijar nuevas normas de cálculo para estructuras hiperestáticas de gran luz.

Puente de Forth. https://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Forth

Además de su trabajo en el Reino Unido, Baker participó en numerosos proyectos internacionales. En Estados Unidos, asesoró a James B. Eads en San Luis y fue consultado para diseñar un sistema de trabajo que permitiera completar el túnel bajo el río Hudson de forma segura, cuando su construcción corría el riesgo de hundimiento. También participó en el proyecto de la torre de Watkin, impulsado en 1891 por el magnate ferroviario Edward Watkin con el objetivo de superar en altura a la Torre Eiffel. Baker fue designado para supervisar su construcción, pero los problemas económicos provocaron que las obras se detuvieran en 1895 y que la estructura, inacabada, fuera demolida en 1907. Su actuación como consultor en Estados Unidos consolidó su perfil de ingeniero “global”, capaz de intervenir en problemas que iban desde grandes puentes metálicos hasta obras subterráneas complejas bajo ríos de caudal considerable.

Entre 1898 y 1902, participó como ingeniero consultor en la construcción de la primera presa de Asuán, diseñada por Sir William Willcocks y ejecutada por la compañía de Sir John Aird. Esta obra formaba parte de los esfuerzos británicos por regular las crecidas del Nilo tras la ocupación de Egipto. La presa fue inaugurada el 10 de diciembre de 1902 por Arturo de Connaught y constituyó uno de los proyectos hidráulicos más importantes de su tiempo. Por su contribución a esta obra, Baker fue nombrado caballero comandante de la Orden del Baño (KCB). Su experiencia previa en grandes estructuras metálicas y en el análisis de cargas fue fundamental para evaluar la estabilidad de la presa frente a las variaciones extremas del caudal del Nilo.

A lo largo de su carrera, Baker escribió numerosos artículos y publicaciones técnicas y recibió reconocimientos importantes. Entre 1895 y 1896 fue presidente de la Institución de Ingenieros Civiles y vicepresidente de la Royal Society desde ese año hasta su fallecimiento. En 1899, fue elegido miembro honorario extranjero de la Academia Estadounidense de las Artes y las Ciencias y en 1902, se convirtió en miembro honorario de la Real Sociedad de Edimburgo. Su figura también se honra con una vidriera situada en el lado norte de la nave de la Abadía de Westminster. Además, se le dedicaron obituarios extensos en las principales revistas técnicas británicas, que lo presentaban como el prototipo del ingeniero victoriano: competente, práctico y, al mismo tiempo, atento al desarrollo de la teoría estructural.

Sir Benjamin Baker falleció en Pangbourne, Berkshire, en 1907, donde pasó sus últimos años. Fue enterrado en Idbury (Oxfordshire). Su legado perdura como uno de los ingenieros más brillantes y versátiles de la era victoriana, y como protagonista de algunas de las obras más emblemáticas de la ingeniería civil moderna. En la historiografía actual se le reconoce como una figura puente entre la ingeniería basada en la experiencia empírica del hierro y la ingeniería del acero apoyada en métodos de cálculo más rigurosos, y su nombre sigue asociado de manera casi inseparable al puente de Forth.

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ABP, método del caso y proyectos: Claves para una enseñanza más significativa.

El aprendizaje activo supone un cambio de paradigma educativo, ya que desplaza el foco del docente al estudiante y concibe el aprendizaje como un proceso constructivo en lugar de receptivo. Se basa en tres pilares: la psicología cognitiva, que sostiene que el conocimiento se estructura en redes semánticas asociativas; el fomento del aprendizaje autodirigido para desarrollar habilidades metacognitivas; y la contextualización del aprendizaje mediante problemas del mundo real para aumentar la motivación y facilitar la transición al entorno profesional.

Los componentes clave de estas metodologías incluyen la presentación de un escenario contextualizado y el trabajo en grupo para fomentar la colaboración y la comprensión. También implican resolver problemas complejos, similares a los de los profesionales, y adquirir nuevos conocimientos, motivados por esa necesidad. Además, incorporan un enfoque basado en el mundo real que prepara a los estudiantes para su futuro profesional.

La adopción de estas metodologías se justifica por su capacidad para generar una comprensión más profunda y duradera que los formatos de conferencia tradicionales, que conllevan una baja retención de conocimientos. Al centrarse en lo que el estudiante aprende, se fomenta una mayor comprensión, motivación y participación. Las principales metodologías activas analizadas son el aprendizaje basado en problemas (ABP), el método del caso (MdC), el aprendizaje basado en proyectos (ABP) y el aprendizaje cooperativo (AC), que puede combinarse con las demás.

Fundamentos teóricos del aprendizaje activo.

Las metodologías activas se sustentan en principios pedagógicos y psicológicos que buscan optimizar el proceso de aprendizaje del estudiante, centrándose en su participación directa y en la construcción activa del conocimiento.

1. El aprendizaje como proceso constructivo.

Estas estrategias rechazan la idea del aprendizaje como una mera recepción y acumulación de información. En su lugar, lo conciben como un proceso constructivo.

La psicología cognitiva ha demostrado de manera consistente que una de las estructuras más importantes de la memoria es la asociativa. El conocimiento está organizado en redes de conceptos relacionados, denominadas redes semánticas. La nueva información se integra a la red ya existente. Según cómo se realice esta conexión, la nueva información podrá utilizarse o no para resolver problemas o reconocer situaciones (Glaser, 1991).

2. Fomento del aprendizaje autodirigido.

Un segundo pilar es el desarrollo de las habilidades metacognitivas, lo que se traduce en un aprendizaje autodirigido más eficaz y profundo.

Se trata de promover habilidades que permitan al estudiante valorar la dificultad de los problemas, detectar si ha comprendido un texto, saber cuándo debe utilizar estrategias alternativas para comprender la documentación y evaluar su progreso en la adquisición de conocimientos (Brunning et al., 1995).

En este contexto, los estudiantes trabajan en equipo, discuten, argumentan y evalúan constantemente lo que aprenden, apoyados por estrategias específicas de las metodologías activas.

3. La contextualización en el mundo real.

El aprendizaje se vuelve más significativo y motivador cuando se enmarca en problemas reales o en la práctica profesional.

La contextualización de la enseñanza fomenta una actitud positiva y la motivación en los estudiantes, aspectos imprescindibles para un aprendizaje comprensible. Además, permite que los estudiantes se enfrenten a problemas reales con un nivel de dificultad y complejidad similares a los que se encontrarán en la práctica profesional.

Componentes clave de las metodologías activas.

Estos principios se materializan mediante una serie de componentes estructurales comunes, según sintetizaron Johnson et al. (2000).

  • El escenario: establece el contexto del problema, caso o proyecto. A menudo, se asigna a los estudiantes un rol profesional específico (investigadores, programadores, etc.). A menudo, incluye un «objeto de información» (una noticia, una imagen, un poema) que actúa como elemento contextualizador y motivador y crea una necesidad de aprendizaje sin ofrecer pistas directas para la solución.
  • Trabajo en grupo: los estudiantes se organizan en pequeños grupos para probar y desarrollar su comprensión. Esta dinámica imita entornos de trabajo reales y permite abordar problemas complejos mediante la división de tareas. Los estudiantes asumen una responsabilidad tanto individual como colectiva para que el grupo funcione de manera eficiente.
  • Solución de problemas: Los problemas que se plantean son, por naturaleza, complejos y requieren razonamiento e indagación. Reflejan los desafíos a los que se enfrentan los profesionales de su campo. La dificultad del problema y las instrucciones para resolverlo deben ajustarse al nivel del curso universitario.
  • Descubrimiento de nuevos conocimientos: Para encontrar una solución significativa, los estudiantes deben buscar activamente nuevos conocimientos.
  • Basado en el mundo real: el objetivo principal es que los estudiantes piensen como profesionales desde el principio de su formación, para facilitar la transición de la universidad al mundo laboral. Los estudiantes se enfrentan a problemas para los que no existe necesariamente una única respuesta correcta, aunque sí se fundamentan en las leyes y en los modelos teóricos de la disciplina.

Justificación para la adopción de metodologías activas.

El cambio hacia un modelo de enseñanza activa se basa en el deseo de superar las limitaciones del formato de conferencia tradicional y promover un aprendizaje más significativo.

  • Comprensión profunda frente a la memorización: La razón principal es que queremos proporcionar a los estudiantes una comprensión más profunda. Las investigaciones demuestran que, con el formato de conferencia tradicional, los estudiantes retienen muy poco de lo enseñado (Duch et al., 2001) y, a menudo, se limitan a memorizar para el examen sin establecer conexiones entre los conceptos.
  • Enfoque en el aprendizaje del estudiante: las metodologías activas cambian el enfoque de lo que enseña el docente a lo que aprende el estudiante.

Tipos de aprendizaje activo y sus características.

Cada una de ellas presenta particularidades que la hacen más adecuada para ciertas áreas de conocimiento o contextos educativos.

Aprendizaje Basado en Problemas (ABP)

  • Punto de partida: se presenta un problema (escenario o gancho) diseñado para cubrir uno o varios resultados de aprendizaje (conocimientos, habilidades, etc.).
  • Proceso y producto: el proceso de resolución conduce a una «salida» o producto del grupo, que puede ser desde un informe o un cartel hasta resultados experimentales.
  • Estructura: los problemas pueden incluir etapas en las que la información se revela progresivamente, así como esquemas de evaluación.
  • Autonomía gradual: en los primeros cursos, la estrategia puede estar más guiada y se va otorgando progresivamente más autonomía al estudiante en cursos posteriores o incluso dentro de una misma asignatura.
  • Adaptación a contenidos abstractos: En asignaturas de alta dificultad conceptual, el profesor puede mantener un papel directivo en la secuencia de actividades, guiando al alumnado mediante discusiones para que deduzca los pasos a seguir.

Método del Caso (MdC)

  • Variante 1 (Aplicación): se plantea el caso tras que el estudiante ha adquirido conocimientos previos. El objetivo es integrar y aplicar dichos conocimientos en una situación real.
  • Variante 2 (Descubrimiento): el caso se presenta como punto de partida para el aprendizaje. La resolución del caso guía a los estudiantes para que adquieran los conocimientos necesarios.
  • Características: Los casos pueden variar en extensión (de dos a cincuenta páginas) y se centran en el desarrollo de capacidades de análisis, toma de decisiones, emisión de juicios y evaluación.

Aprendizaje Basado en Proyectos (ABPy)

  • Envergadura: implica realizar un trabajo a gran escala, que puede consistir en un proyecto cuatrimestral único, un proyecto interdisciplinar entre varias asignaturas o un proyecto de un mes.
  • Competencias desarrolladas: requiere dividir el proyecto en problemas más pequeños, planificar su desarrollo, establecer responsabilidades, aplicar la teoría, diseñar productos, analizar la viabilidad de las alternativas y justificar las decisiones tomadas.
  • Aplicación: se utiliza con frecuencia en cursos avanzados, donde se pueden aplicar más conocimientos. También es común en proyectos interdisciplinares que integran los contenidos de varias asignaturas. A nivel de una sola asignatura, sirve para que el alumnado comprenda la relación entre los diferentes temas al aplicarlos conjuntamente.

Aprendizaje Cooperativo (AC)

  • Definición: Es una estrategia didáctica en la que los estudiantes trabajan en pequeños grupos de manera coordinada para resolver tareas y desarrollar su aprendizaje.
  • Cinco aspectos fundamentales:
    1. Interdependencia positiva: todos los miembros del grupo son necesarios para el éxito de la tarea.
    2. Exigibilidad individual: cada miembro rinde cuentas de su parte y del trabajo global del grupo.
    3. Interacción cara a cara: se promueve la comunicación directa.
    4. Habilidades interpersonales: se desarrollan habilidades de trabajo en equipo.
    5. Reflexión del grupo: el equipo evalúa su propio funcionamiento.
  • Funcionamiento: las decisiones se toman en grupo y todos son responsables del resultado final. La evaluación individual está parcialmente condicionada al logro del grupo, lo que fomenta la ayuda mutua.
  • Versatilidad: puede utilizarse de forma aislada o combinada con ABP, MdC o ABPy.

En este vídeo se resumen las ideas más interesantes sobre este tema.

Os dejo un documento de síntesis, por si os interesa.

Pincha aquí para descargar

Referencias:

Brunning, R. H., Schraw, G. J., & Ronning, R. R. (1995). Cognitive psychology and instruction (2ª ed.). Englewood Cliffs, NJ: Prentice Hall.

Duch, B. J., Groh, S. E., & Allen, D. E. (2001). The power of problem-based learning. Sterling, VA: Stylus.

Glaser, R. (1991). The maturing of the relationship between the science of learning and cognition and educational practice. Learning and Instruction, 1(2), 129–144.

Johnson, D. W., Johnson, R. T., & Smith, K. A. (2000). Active learning: Cooperation in the college classroom. Edina, MN: Interaction Book.

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William Le Baron Jenney: pionero de los rascacielos y maestro de la Escuela de Chicago

William Le Baron Jenney (1832-1907). https://es.wikipedia.org/wiki/William_Le_Baron_Jenney

William Le Baron Jenney (1832-1907), arquitecto e ingeniero estadounidense nacido en Massachusetts, destacó en una época en la que Estados Unidos experimentaba una rápida expansión industrial, lo que supuso un hito en la historia de la ingeniería y la arquitectura. Comenzó su formación en la prestigiosa École Polytechnique de París, también conocida como L’École Centrale, una de las escuelas de ingeniería más importantes de Europa. Allí adquirió conocimientos avanzados sobre técnicas constructivas y estructuras metálicas, así como sobre la doctrina funcionalista de Jean-Nicolas-Louis Durand, lo que le permitió mantenerse al día de las técnicas más innovadoras de su tiempo. Su formación en Europa fue decisiva, ya que le permitió incorporar influencias del movimiento arquitectónico europeo, vitales para su desarrollo profesional. Esta sólida base técnica sentó las bases de sus futuros logros en arquitectura y construcción.

En 1861, con el estallido de la guerra de Secesión estadounidense, Jenney regresó a su país y se alistó en el Ejército de la Unión como ingeniero militar, alcanzando el rango de mayor del Cuerpo de Ingenieros. Durante el conflicto, diseñó fortificaciones para los generales Sherman y Grant y participó en proyectos de gran envergadura, como la construcción de una carretera de 13 km entre Young’s Point y Bowers’ Landing, en Luisiana, que tuvo que ser completamente pontonada debido a los encharcamientos del terreno. Esta experiencia en el campo de batalla también le enseñó la importancia de la planificación y la logística en la construcción, habilidades que aplicaría más tarde en su carrera arquitectónica. Su experiencia en la gestión de proyectos complejos y en ingeniería estructural durante la guerra resultaría determinante para su posterior carrera civil.

Al finalizar la guerra, Jenney se trasladó a Chicago en 1868, antes del devastador incendio de 1871 que destruyó gran parte de la ciudad. Esta catástrofe supuso una oportunidad histórica para la reconstrucción urbana y Jenney, junto con otros arquitectos visionarios como Daniel Hudson Burnham, John Wellborn Root y Louis H. Sullivan, se convirtió en una de las figuras centrales de lo que posteriormente se conocería como la Escuela de Chicago. Este movimiento fue fundamental en el desarrollo de la arquitectura moderna, promoviendo el uso de nuevas tecnologías y materiales. En 1868, abrió su propio estudio de arquitectura, especializado en edificios comerciales y residenciales, así como en planificación urbana. Entre 1876 y 1880, ejerció como profesor de arquitectura en la Universidad de Michigan en Chicago, donde formó a muchos de los futuros líderes de la Escuela de Chicago.

Jenney también colaboró con los arquitectos paisajistas Frederick Law Olmsted y Calvert Vaux en la planificación de Riverside, Illinois, una ciudad impulsada por el desarrollo ferroviario. Entre sus contribuciones urbanísticas, en 1871 proyectó un depósito de agua corriente al que, en 1890, añadió un edificio de bombas y un pabellón de manantial.

Su mayor logro técnico y conceptual fue la invención y el perfeccionamiento del sistema de esqueleto de acero, que permitió construir edificios más altos sin recurrir a muros de carga masivos. Este sistema empezó a utilizarse en el primer edificio Leiter (1879), que ya tenía estructura de hierro, aunque los pilares exteriores aún cumplían una función portante. La innovación consistía en que los pilares de hierro colado y las vigas de acero formaban una estructura resistente y en que las fachadas podían liberarse de las cargas estructurales. Este enfoque revolucionó la arquitectura al permitir un diseño más flexible y creativo. Este concepto se consolidó en el segundo Leiter Building (1888-1891), donde Jenney perfeccionó el esqueleto metálico, lo que permitió incrementar la altura de los edificios sin comprometer el espacio interior ni la estabilidad.

Home Insurance Building. https://es.wikipedia.org/wiki/Home_Insurance_Building

El Home Insurance Building (1885) de Chicago es considerado el primer rascacielos completamente metálico. Sus dos primeras plantas contaban con pilares de granito sobre los que se apoyaban soportes de hierro fundido, rellenos de hormigón y revestidos de ladrillo, mientras que el resto del edificio se construyó con un esqueleto de acero. Aunque las fachadas eran funcionales, conservaban elementos decorativos de estilo clásico, como pilares angulares y superficies murales ornamentadas, y los soportes interiores se diseñaron como columnas. Ampliado con dos plantas en 1891 y demolido en 1931, el edificio introdujo el concepto de muro-cortina al liberar los muros exteriores y permitir grandes ventanales que mejoraban la iluminación y la estética. De esta manera, marcó el inicio de una nueva era en la arquitectura de rascacielos.

A partir de esta primera experiencia, se construyeron el Fair Building y el Manhattan Building (1890), con dieciséis plantas, lo que fue todo un récord para la época. Estos edificios consolidaron la viabilidad del rascacielos y demostraron que las estructuras metálicas podían ser estéticamente atractivas y funcionales. Las fachadas de Jenney seguían un estilo ecléctico que combinaba ornamentación clásica con un ritmo regular de huecos que aportaba modernidad y claridad visual.

Además de sus obras, Jenney desempeñó un papel fundamental en la creación de la Escuela de Chicago. Arquitectos como D. H. Burnham, J. W. Root, William Holabird y Louis H. Sullivan comenzaron su carrera en sus propios estudios y continuaron desarrollando los principios arquitectónicos que Jenney había introducido. La Escuela de Chicago no solo influyó en la arquitectura estadounidense, sino que también tuvo un impacto global, sentando las bases para el desarrollo de rascacielos en otras ciudades del mundo. Su influencia en la arquitectura de altura fue profunda y duradera, lo que permitió que las ciudades modernas crecieran verticalmente sin sacrificar la seguridad ni la estética.

Jenney también desarrolló destacados proyectos urbanos y residenciales, como el edificio Ludington (1891), el edificio de la compañía de seguros New York Life (1894), el Pabellón Hortícola para la Exposición Universal de 1893, diversos parques urbanos como Garfield Park y Humboldt Park, y el monumento conmemorativo de Illinois en Vicksburg (1906). Su enfoque en la integración de la naturaleza en el entorno urbano constituye un legado que perdura en la planificación de las ciudades contemporáneas. Su obra combina innovación técnica, funcionalidad y estética, evidenciando la fusión entre ingeniería y arquitectura que definió su carrera.

William Le Baron Jenney falleció en Los Ángeles, California, el 15 de junio de 1907. Sus cenizas fueron depositadas junto a la tumba de su esposa en el cementerio de Graceland, en Chicago. Su legado también incluye una influencia duradera en la educación arquitectónica, formando a generaciones de arquitectos que continuarían con su visión. Sus cuadernos y documentos originales, incluidos el cuaderno de 1884 con los cálculos para el Home Insurance Building y el borrador «Clave del rascacielos», se conservan en el Instituto de Arte de Chicago. Su legado técnico y académico, junto con su influencia en la Escuela de Chicago, sentó las bases de los rascacielos modernos, demostrando que la construcción vertical podía ser segura, funcional y estéticamente atractiva.

A continuación, os dejo unos vídeos de la Escuela de Chicago. Espero que os gusten.

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Optimización y control inteligente de puentes atirantados

Acaban de publicar un artículo nuestro en Results in Engineering, una de las revistas de mayor impacto científico, ubicada en el primer decil del JCR. Este trabajo trata sobre un sistema avanzado para el seguimiento de la salud estructural (SHM, por sus siglas en inglés) y la optimización de puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados (hiperestáticos).

La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Además, muestra la internacionalización de nuestro grupo de investigación, en este caso, con China. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.

 El problema central que se aborda en este trabajo es la insuficiencia de los métodos de supervisión tradicionales, ya que no permiten una vigilancia continua, en tiempo real y a distancia, crucial para garantizar la seguridad, la longevidad y el mantenimiento rentable de estas complejas infraestructuras.

La solución propuesta es una plataforma inteligente en la nube para el control y la alerta temprana que integra la informática, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este sistema combina los datos de supervisión en tiempo real, obtenidos mediante la tecnología de Internet de las Cosas (IoT), con modelos de elementos finitos (FEM) para evaluar con precisión el estado de la estructura.

Su eficacia se demostró mediante un estudio de caso del Puente del Río Amarillo en China (LZYB). El análisis de los datos de seguimiento y las simulaciones por elementos finitos revelaron que el diseño original del puente era excesivamente conservador, ya que la deflexión vertical real bajo cargas operativas representaba entre el 26,5 % y el 33,9 % del valor predicho en el diseño.

Con base en este hallazgo, se optimizó el diseño de la viga principal del puente, lo que permitió reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo en un 15 %. Un análisis posterior del ciclo de vida (LCA) cuantificó los beneficios de esta optimización, que incluyen una reducción de 2009,65 toneladas de emisiones de CO₂ y un ahorro económico de 2 694 189,55 CNY, sin comprometer la seguridad ni el rendimiento estructural. Este enfoque representa un nuevo paradigma para el mantenimiento seguro, económico y sostenible de infraestructuras críticas.

1. Introducción y desafíos de la auscultación estructural.

Los puentes de gran envergadura y estáticamente indeterminados están sometidos a múltiples factores que pueden afectar a su integridad, como la respuesta dinámica de la estructura y el daño por fatiga acumulada debido a la interacción de cargas múltiples y condiciones ambientales complejas. Las microfisuras internas pueden propagarse hasta convertirse en fisuras macroscópicas y provocar la inestabilidad y el fallo de la estructura.

1.1. Limitaciones de los métodos tradicionales.

  • Inspección visual: los métodos iniciales, basados en la inspección visual realizada por personal cualificado para detectar defectos superficiales, como las grietas por fatiga, son imprecisos y propensos a errores.
  • Supervisión de la salud estructural (SHM) convencional: ha mejorado la precisión, pero enfrenta desafíos como la falta de sensores adecuados para el monitoreo autónomo a largo plazo y de algoritmos eficaces para predecir y diagnosticar daños locales por fatiga.
  • Enfoques basados en algoritmos: existen dos métodos principales: los basados en modelos, que utilizan un modelo de elementos finitos preciso, pero que consumen mucho tiempo, y los basados en datos, que analizan series temporales continuas, pero que pueden verse limitados por las bajas tasas de transmisión de datos de las redes inalámbricas.

El estudio aborda estas limitaciones combinando las ventajas de ambos enfoques e integrando algoritmos innovadores de alta eficiencia para avanzar en la monitorización continua de la salud estructural.

2. Marco teórico e innovación del sistema.

El trabajo establece un modelo teórico complejo y una plataforma inteligente que integra múltiples disciplinas para superar las barreras técnicas del seguimiento tradicional.

2.1. Puntos clave de la innovación.

  1. Modelo interdisciplinario: se desarrolló un modelo teórico modal complejo, multifactorial y de múltiples fuentes que combina la ciencia de la computación, la ingeniería de comunicaciones, el control y la automatización y la mecánica de ingeniería. Este modelo analiza el impacto de múltiples factores en las estructuras de los puentes y permite realizar un seguimiento de alertas tempranas en una plataforma en la nube.
  2. Supervisión basada en IoT: se adopta un monitoreo en línea, automatizado y en tiempo real basado en el Internet de las cosas (IoT). De este modo, se soluciona la incapacidad de la tecnología tradicional para lograr un seguimiento espaciotemporal continuo y a gran distancia, y se transforma el seguimiento de un «basado en puntos, indirecto y de ajuste de curvas» a otro «espacial, directo y continuo».
  3. Sistema de alerta temprana: proporciona un modelo eficaz de control y de alerta temprana para diversos tipos de deterioro, como grietas, deformaciones, envejecimiento y vibración dinámica. Valida la viabilidad de la estructura en términos de integridad, seguridad, durabilidad y control de la resistencia.

2.2. Componentes del modelo teórico.

El modelo matemático integra varios análisis para evaluar el estado de la estructura:

  • Daño por fatiga estructural: utiliza un modelo de daño por fatiga acumulativa no lineal para analizar la propagación de las fisuras y la degradación continua del módulo de elasticidad del hormigón.
  • Daño por fatiga del acero: se considera que la vida útil del puente está determinada principalmente por la fatiga de las barras de acero. El modelo calcula la profundidad crítica de la fisura y la tensión residual del acero.
  • Efecto de cargas múltiples: se aplica un modelo de mezcla gaussiana para analizar los datos de monitorización, que presentan una distribución de picos múltiples, y se calcula la deflexión total considerando la carga viva, la tensión térmica, la pérdida de pretensado y la retracción y la fluencia del hormigón.
  • Acoplamiento vehículo-puente: Construye una ecuación de un sistema de movimiento acoplado para analizar las interacciones mecánicas entre los vehículos y el puente.
  • Optimización dinámica estructural: utiliza un modelo matemático basado en la función lagrangiana para realizar un diseño de optimización dinámica con un ritmo de convergencia rápido.

3. Estudio de caso: el puente del río Amarillo (LZYB)

La metodología se aplicó a esta estructura atirantada, con un vano principal de 360 metros, ubicada en China.

3.1. Descripción del puente y sistema de control

  • Especificaciones: El LZYB es un puente extragrande para autopista de cuatro carriles con torres romboidales de hormigón armado (C50), una altura de torre de hasta 151 metros y cables atirantados de haces de alambre de acero paralelos galvanizados.
  • Sistema de monitorización: se instalaron 374 dispositivos de 10 tipos diferentes, incluidos sensores de temperatura y de humedad, acelerómetros, extensómetros y sensores de fibra óptica, entre otros. Estos dispositivos se ubicaron en puntos críticos de momento flector y de fuerza cortante, determinados mediante principios de mecánica y el modelo FEM. Los datos se transmiten en tiempo real a una plataforma en la nube basada en internet de las cosas (IoT, por sus siglas en inglés) para su análisis y alerta temprana.
Número Elementos de control Indicadores de alerta Método de adquisición
1 Análisis del modelo de vehículo Identificación de carga nominal (nº de ejes, longitud) Videovigilancia
2 Análisis del flujo de tráfico Autopista de 4 carriles (ADT 2 500-55 000 vehículos) Videovigilancia; captura de video
3 Análisis de sobrepeso Límite de 49 toneladas (se detectaron 82.5; 110 ton) Control dinámico de pesaje
4 Análisis de exceso de velocidad Límite de 80 km/h Control de flujo con exceso de velocidad
5 Control de temperatura ambiental Intervalo de control: -15 ~ 39 °C Sensor de fibra óptica de temperatura
6 Control de humedad ambiental 6,5 % ~ 98 % (torre principal); prevenir corrosión Sensor de fibra óptica de humedad
7 Control de carga de viento Velocidad del viento < 25,8 m/s Anemómetro
8  Control de carga sísmica E1 < 0,20g Instrumento de medición de movimiento del suelo
9  Control de respuesta estructural Frecuencia natural inferior al valor teórico calculado Equipo de monitorización de fibra óptica

3.2. Análisis de los datos de monitorización en tiempo real (abril-julio).

  • Cargas de tráfico: se observó un crecimiento mensual significativo en el volumen total de tráfico, en el número de vehículos con sobrepeso y en el de vehículos que circulaban a exceso de velocidad. El tráfico medio diario osciló entre 7319 y 14 431 vehículos, con picos en junio y julio.
  • Respuesta estructural (deformación): la respuesta de deformación bajo cargas de vehículos mostró una distribución de picos múltiples. El análisis identificó que dicha respuesta se concentraba en la sección de 3.50 L a 5.50 L del lado oeste.
  • Acoplamiento temperatura-deflexión: se halló una fuerte correlación positiva entre la temperatura ambiental y la deflexión de la viga principal (R² = 0,6953). La deflexión máxima registrada fue de 628,9 mm. El análisis identificó las zonas de la viga principal en las que la influencia de la temperatura sobre la deflexión era más marcada.

3.3. Acoplamiento y análisis mediante el modelo de elementos finitos (MEF).

Se creó un modelo 3D del LZYB en Abaqus/CAE 2021 para simular su comportamiento bajo cargas de diseño. Los resultados de la simulación fueron los siguientes:

  • Energía: la energía máxima se concentró en la losa de fondo de la viga principal, entre los vanos 2 y 3.
  • Deformación: la máxima deformación (0,004813 µε) se observó en la parte media de los cables atirantados.
  • Tensión: La tensión máxima (991,175 MPa) se localizó también en los cables atirantados, concretamente en el cable 3-1.
  • Desplazamiento: El desplazamiento vertical máximo calculado fue de 0,002267 metros en el centro del vano principal (sección 6L/12 de la viga).

4. Discusión: optimización y evaluación de la sostenibilidad.

La comparación entre los datos de supervisión en tiempo real y los resultados del FEM sirvió de base para optimizar el diseño.

4.1. Redundancia estructural identificada.

El análisis comparativo reveló una discrepancia significativa: la deflexión vertical global del puente durante su funcionamiento (entre 0,0021 y 0,5944 m) representaba entre el 26,50 % y el 33,90 % del valor máximo predicho por el modelo FEM con cargas de diseño (hasta 2,2434 m). Este hecho indica que el diseño estructural es significativamente conservador o «redundante».

4.2. Optimización del diseño de la viga principal.

Aprovechando la redundancia identificada, se llevó a cabo un proceso de optimización del diseño acoplado de la viga principal. Se analizó el impacto de reducir el volumen de hormigón de la viga de forma iterativa.

Resultado de la optimización: se determinó que era posible reducir el volumen de hormigón de la losa de fondo de la viga principal en un 15 % (es decir, reducir su espesor a 70 mm) sin comprometer el cumplimiento de los requisitos de rendimiento bajo las cargas de diseño originales.

4.3. Evaluación del ciclo de vida (LCA) y de los beneficios.

Se realizó una evaluación del ciclo de vida (LCA) para cuantificar los beneficios ambientales y económicos del diseño optimizado.

Beneficios ambientales y económicos: la reducción del 15 % del hormigón utilizado en la viga principal se traduce en un ahorro significativo a lo largo de todo el ciclo de vida del proyecto.

Indicador de evaluación Reducción
Calentamiento global (GWP100a) 2009,65 toneladas de CO2 eq.
Acidificación (AP) 8,86 toneladas de SO2 eq.
Eutrofización (FEP) 7,12 toneladas de PO4 eq.
Polvo en suspensión (PMFP) 79,63 toneladas
Ahorro económico (coste de material) 2 694 189,55 CNY

5. Conclusiones y hallazgos clave

La investigación demuestra con éxito la viabilidad de un sistema inteligente de supervisión en la nube, acoplado a un modelado FEM, para analizar la seguridad y optimizar el diseño de puentes de gran envergadura.

Resultados clave:

  1. Fallo de cables: el fallo de los cables es un factor crítico para la estabilidad de los puentes atirantados y debe ser un objetivo principal del seguimiento.
  2. Ubicación de la tensión máxima: la tensión más alta se concentra en los cables más largos (en este caso, el cable n.º 10), específicamente en la zona situada a menos de 2 metros de la parte superior de la torre principal.
  3. Diseño del sistema de monitorización subóptimo: el diseño actual de los puntos de control resulta ineficiente. No hay sensores en la parte superior de la torre, donde la tensión es máxima, mientras que hay demasiados en la viga principal.
  4. Enfoque del mantenimiento: el mantenimiento rutinario de los cables atirantados debe centrarse en las zonas de conexión de la parte superior de la torre y de la viga principal.

Innovación y limitaciones: La principal innovación del estudio consiste en aplicar de manera sistemática datos medidos y el modelado FEM 3D para resolver problemas de seguridad y optimización en puentes complejos. Esto ofrece un ejemplo práctico de supervisión en tiempo real y de análisis de la solidez de los datos. Una limitación reconocida es la falta de un estudio en profundidad sobre los efectos destructivos de las sobrecargas de peso y de velocidad, lo que sugiere una línea de investigación para el futuro.

Referencia:

ZHOU, Z.; ZHAO, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2025). Intelligent operation monitoring and finite element coupled identification of hyperstatic structures. Results in Engineering, 27, 106990. DOI:10.1016/j.rineng.2025.106990

Os dejo una conversación en la que podéis escuchar las ideas más interesantes de este trabajo.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes.

Os he dejado una presentación que resume también lo más importante.

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Os dejo el artículo completo, ya que está publicado en formato abierto.

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Optimización multiobjetivo de pasarelas mixtas: un equilibrio entre sostenibilidad y protección frente al fuego

Acaban de publicar un artículo nuestro en Structural Engineering and Mechanics, una de las revistas de referencia del JCR. Este trabajo sintetiza los resultados de un estudio en el que se presenta un marco de optimización multiobjetivo innovador para el diseño de pasarelas peatonales con estructuras mixtas de acero y hormigón.

La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información contextual.

El objetivo principal de esta investigación ha sido equilibrar la eficiencia económica y medioambiental con la seguridad estructural y el confort del usuario, integrando de manera única la resiliencia ante incendios. A diferencia de investigaciones previas, este trabajo incorpora seis escenarios distintos de exposición al fuego, desde 320 hasta 720 segundos, para evaluar el rendimiento de la estructura en condiciones extremas.

Los resultados revelan una relación directa y lineal entre el coste y las emisiones de CO₂, lo que demuestra que por cada dólar estadounidense (1 USD) ahorrado en el coste por metro de la estructura, se reduce la emisión de 0,7727 kg de CO₂. Este descubrimiento posiciona la optimización de costes como una estrategia que favorece la sostenibilidad económica y medioambiental.

Un descubrimiento clave es que se pueden lograr mejoras sustanciales en la seguridad contra incendios con inversiones moderadas. Un aumento del 23 % en el coste permite que la estructura resista casi 8 minutos (460 segundos) de exposición al fuego antes de colapsar, mientras que incrementos menores, del 3,91 % y 15,06 %, aseguran la estabilidad durante 320 y 400 segundos, respectivamente. El estudio también pone de manifiesto un cambio fundamental en la configuración del diseño óptimo: mientras que los diseños esbeltos son más eficientes en términos de coste y emisiones en condiciones normales, las configuraciones más compactas son necesarias para garantizar la seguridad en caso de exposición prolongada al fuego. Estos resultados ofrecen directrices prácticas para el desarrollo de infraestructuras urbanas más seguras, resilientes y sostenibles.

1. Marco de optimización multiobjetivo.

El estudio aborda una brecha crítica en ingeniería estructural: la falta de investigaciones que apliquen métodos de optimización a infraestructuras reales, integrando simultáneamente criterios de sostenibilidad (económicos, medioambientales y sociales) y de seguridad, especialmente en condiciones extremas, como la exposición al fuego.

1.1. Metodología aplicada

El análisis se centra en una pasarela peatonal de estructura mixta de acero y hormigón, con una luz de 17,5 metros, ubicada en el sur de Brasil. Con el fin de hallar las soluciones óptimas, se empleó un algoritmo de Búsqueda de Armonía Multiobjetivo (MOHS, por sus siglas en inglés), desarrollado a medida en Python. El proceso de optimización busca minimizar simultáneamente tres funciones objetivo:

  • Coste: coste de los materiales necesarios para construir la estructura, basado en los precios del mercado brasileño.
  • Emisiones de CO₂: el impacto ambiental, medido por las emisiones de CO₂ asociadas a la producción de los materiales, para lo que se han utilizado indicadores específicos de la región objeto de estudio.
  • Aceleración vertical máxima: medida del confort de los peatones, calculada a partir de las vibraciones inducidas por su movimiento.

El modelo tiene en cuenta ocho variables de diseño discretas, como el espesor de la losa de hormigón y las dimensiones de las vigas de acero, lo que da como resultado un espacio de búsqueda de 7×10¹¹ soluciones posibles.

Ilustración de la pasarela mixta

1.2. Escenarios de exposición al fuego.

Una de las innovaciones centrales del estudio es incorporar la resiliencia al fuego en el proceso de optimización. Se ha simulado un escenario de incendio de un vehículo debajo de una pasarela utilizando una curva tiempo-temperatura específica, desarrollada a partir de pruebas experimentales realizadas en puentes no confinados. Además de la condición a temperatura ambiente (0 segundos), se analizaron seis periodos de exposición al fuego que provocaron una degradación significativa de las propiedades mecánicas del acero.

Periodo de exposición al fuego (s) Temperatura del acero (°C) Factor de reducción (límite elástico) Factor de reducción (módulo de elasticidad)
0 20 1,00 1,00
320 200 1,00 0,90
400 300 1,00 0,80
460 400 1,00 0,70
510 500 0,78 0,60
560 600 0,47 0,31
720 700 0,23 0,13

2. Hallazgos clave y análisis de resultados.

El proceso de optimización generó un frente de Pareto tridimensional que muestra los equilibrios entre coste, emisiones y confort en los distintos escenarios de incendio.

2.1. Relación lineal entre el coste y las emisiones de CO₂.

Se identificó una relación directa y consistente entre el coste de fabricación y las emisiones de CO₂ en todos los escenarios analizados. Los datos demuestran que cada real brasileño (R$) ahorrado mediante la optimización equivale a una reducción de 0,1358 kg de CO₂. Convertido a dólares estadounidenses, esto equivale a una reducción de 0,7727 kg de CO₂ por cada dólar estadounidense ahorrado por metro de pasarela.

Esta correlación confirma que la optimización económica es una herramienta eficaz para promover la sostenibilidad medioambiental, especialmente en regiones que necesitan desarrollar infraestructuras sin sacrificar la eficiencia económica.

2.2. Intercambio entre la resistencia al fuego y el coste.

Como era de esperar, aumentar la resistencia de la estructura al fuego implica un mayor coste y, por tanto, más emisiones. Sin embargo, el estudio demuestra que es posible lograr mejoras significativas en la seguridad con incrementos de coste relativamente bajos o moderados.

  • Un incremento del 3,91 % en el coste permite que la estructura resista durante 320 segundos (5 minutos) de fuego.
  • Un incremento del 15,06 % extiende la resistencia a 400 segundos (6,5 minutos).
  • Un incremento moderado del 23 % evita el colapso durante casi ocho minutos (460 segundos), lo que proporciona un tiempo valioso para la evacuación.
  • Diseñar para resistir un incendio de 12 minutos (720 segundos) incrementa el coste en más del 400 %, por lo que resulta inviable en la mayoría de los casos.

2.3. Impacto en el confort de los peatones.

Los objetivos de coste y confort son conflictivos: un mayor confort (menor aceleración vertical) exige una mayor rigidez estructural, lo que se traduce en un mayor consumo de materiales.

  • Pasar de un nivel de confort «mínimo» a «medio» implica un aumento del coste promedio del 44 %.
  • Mejorar el nivel de confort de «medio» a «máximo» solo requiere un aumento promedio del 6 % en el coste, lo que sugiere que es una inversión factible en la mayoría de los escenarios.
  • La excepción es el escenario de 12 minutos de fuego, en el que alcanzar el nivel de confort «máximo» supone un 68 % más que el «medio», debido a la grave degradación del rendimiento del acero.

3. Implicaciones prácticas y configuraciones óptimas de diseño.

El análisis de las variables de diseño de las soluciones óptimas revela patrones claros y ofrece implicaciones prácticas para la ingeniería.

3.1. Evolución del diseño en función de la exposición al fuego.

La configuración geométrica óptima de la pasarela varía drásticamente según el tiempo de exposición al fuego considerado.

  • En ausencia de fuego o con una exposición breve, la solución más eficiente es un diseño de alta esbeltez, con vigas de acero altas y delgadas que se acercan a los límites normativos. Así se minimiza el consumo de material, lo que reduce costes y emisiones.
  • Con una exposición prolongada al fuego (es decir, superior a 510 segundos), la solución óptima se desplaza hacia configuraciones más compactas y menos esbeltas. Se observa un aumento considerable del espesor del alma y de las alas de las vigas de acero.

Este cambio se debe a que, a altas temperaturas, el límite de esbeltez (que depende del módulo de elasticidad y del límite elástico del acero) disminuye considerablemente. En los escenarios más extremos, el límite de esbeltez deja de ser una restricción activa y el algoritmo prioriza la robustez geométrica para cumplir con otros requisitos de diseño.

Periodo de exposición (s) Esbeltez óptima / Límite de esbeltez
0 99,17 %
460 99,54 %
560 68,45 %
720 46,98 %

3.2. Estrategias de materiales.

  • Preferencia por el acero: el estudio revela que, para aumentar la seguridad contra incendios, es más rentable y sostenible incrementar el consumo de acero (a pesar de la degradación de sus propiedades) que aumentar la rigidez mediante una losa de hormigón más gruesa.
  • Interacción total: en todas las soluciones óptimas de menor coste, el grado de interacción entre la viga de acero y la losa de hormigón es del 100 % (α = 1,0), lo que indica que el comportamiento compuesto completo es la opción más eficiente.

4. Conclusiones principales

El estudio presenta un marco sólido para el diseño de pasarelas mixtas de acero y hormigón y demuestra que es posible equilibrar sostenibilidad, economía y seguridad. Las conclusiones más relevantes son las siguientes:

  • Sostenibilidad y coste vinculados: existe una relación lineal y cuantificable entre la reducción de costes y la disminución de las emisiones de CO₂, por lo que la optimización económica puede utilizarse como herramienta para la sostenibilidad ambiental.
  • Seguridad contra incendios asequible: es posible mejorar significativamente la seguridad de una pasarela ante un incendio con incrementos de coste moderados y económicamente viables.
  • El diseño se adapta al riesgo: la configuración óptima de una estructura no es universal; los diseños esbeltos son ideales para condiciones normales, pero las configuraciones compactas son cruciales para la resiliencia en escenarios de incendio prolongados.
  • Implicaciones para el diseño: los resultados subrayan la importancia de incorporar escenarios de riesgo extremo en las primeras fases del diseño estructural para crear infraestructuras más seguras y resilientes sin comprometer desproporcionadamente los recursos.

Estas conclusiones se aplican únicamente a la tipología de estructura y al escenario de incendio estudiados, así como a los costes y a los factores de emisión regionales. Por tanto, se requieren más investigaciones para validar y extender estos resultados a otros contextos.

Referencia:

TRES JUNIOR, F.L.; DE MEDEIROS, G.F.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Designing for Safety and Sustainability: Optimization of Fire-Exposed Steel-Concrete Composite Footbridges. Structural Engineering and Mechanics, 96 (4):337-350. DOI:10.12989/sem.2025.96.4.337

En esta conversación puedes escuchar información interesante sobre este tema.

En este vídeo se resumen las ideas más importantes de esta investigación.

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Cómo construían en Pompeya: la mezcla en caliente y la química oculta de los morteros romanos

En esta ocasión comparto con los lectores una entrevista que me han realizado a propósito de un reciente estudio publicado en Nature Communications —Vaserman, E., Weaver, J.C., Hayhow, C. et al. (2025), An unfinished Pompeian construction site reveals ancient Roman building technology— que ha generado un notable interés tanto en la comunidad científica como en los medios. El trabajo ha sido también objeto de un artículo en El País (“Así construían los albañiles de la Antigua Roma”, disponible en: https://elpais.com/ciencia/2025-12-09/asi-construian-los-albaniles-de-la-antigua-roma.html), en el que se recoge mi valoración sobre sus implicaciones para la ingeniería civil y la comprensión de las técnicas constructivas romanas. Presento aquí la entrevista completa, con el fin de profundizar en los aspectos técnicos y arqueológicos que hacen de este estudio un caso excepcional para el análisis de los materiales históricos.

  1. El artículo sostiene que en Pompeya se empleaba con cierta frecuencia la mezcla en caliente con cal viva, ¿cómo interpreta esta afirmación?

El trabajo presenta una serie de análisis microestructurales y químicos que indican claramente que en la Domus IX 10,1 se utilizó un procedimiento basado en la mezcla de cal viva con materiales puzolánicos en estado seco. Los resultados son coherentes con esta hipótesis y están bien fundamentados en este contexto arqueológico, especialmente debido al hallazgo de montones de material premezclado seco que contenían gránulos de cal viva. No obstante, desde la perspectiva de la ingeniería civil, conviene subrayar que se trata de una evidencia localizada en un momento de reconstrucción posterior al terremoto del año 62 d. C., por lo que no es posible extrapolarla automáticamente a todo el ámbito del Imperio romano. La diversidad de materiales y prácticas constructivas descrita por autores como Vitruvio, quien abogaba por el apagado previo de la cal, hace recomendable interpretar este estudio como una muestra de la coexistencia de métodos alternativos al canon clásico, pero no como una descripción universal.

  1. El estudio plantea que los morteros podrían haber experimentado procesos de autorreparación a muy largo plazo. ¿Cómo valora usted esta idea?

Los datos indican que ciertos clastos de calcita pudieron seguir reaccionando durante un periodo prolongado, actuando como fuente de calcio reactivo. Esto habría favorecido el relleno de microfisuras mediante la recristalización de carbonato cálcico en sus polimorfos de calcita y aragonito. Este comportamiento es interesante desde el punto de vista científico, ya que permite comprender mejor la evolución mineralógica en la interfaz entre los áridos volcánicos y la matriz cementante. No obstante, desde el punto de vista de la ingeniería estructural moderna, es importante tener en cuenta su contexto, ya que se trata de un proceso geoquímico lento, con efectos localizados y condicionado por los ciclos de humedad ambiental. Esta característica ayuda a explicar la durabilidad observada, pero no tiene una equivalencia directa con los mecanismos de reparación activa inmediata que se investigan actualmente en la obra civil.

  1. ¿Podría interpretarse la presencia de clastos de cal como un indicio de una mezcla defectuosa?

En determinadas obras históricas, la presencia de grumos de cal puede deberse a procesos de mezcla incompletos o a un apagado insuficiente. Sin embargo, en este caso particular, los análisis de espectroscopía infrarroja y de isótopos estables de carbono y oxígeno indican que estos grumos se formaron durante un proceso térmico y químico compatible con la utilización deliberada de cal viva. Los investigadores documentan, además, la segregación intencionada de materiales: montones de premezcla con cal viva para muros estructurales frente a ánforas con cal apagada para acabados. Por tanto, las pruebas apuntan a una técnica constructiva específica (hot mixing) y no a una ejecución negligente.

  1. ¿Cree que estos resultados pueden considerarse representativos del conjunto de la construcción romana?

Los datos corresponden a un escenario muy concreto, que se conserva excepcionalmente bien gracias a la ceniza volcánica de la erupción del 79 d. C., lo que permite analizar materiales «congelados» en plena fase de obra. Precisamente por su carácter singular, lo más prudente es entender que este estudio aporta información específica sobre la logística de una obra doméstica en Pompeya del siglo I, sin que ello implique que todos los constructores romanos actuaran de la misma manera en obras de infraestructura pública o en otras provincias. Para avanzar en esta cuestión, será necesario realizar estudios comparativos con metodologías similares en otros yacimientos u enclaves imperiales.

  1. El artículo distingue entre morteros estructurales y de acabado. ¿Considera acertada esa diferenciación?

Esta diferenciación es coherente con lo que cabría esperar en cualquier tradición constructiva con un mínimo grado de especialización. El estudio documenta el uso de cal apagada almacenada en ánforas recicladas, presumiblemente destinada a morteros de reparación o revestimientos pictóricos, mientras que la cal viva se reservaba para la mampostería estructural. Las propiedades requeridas para un muro de carga no son idénticas a las necesarias para un acabado fino y el análisis químico (ratios Ca/Si) del artículo parece respaldar que se ajustaban las formulaciones según la función. La propuesta es razonable y encaja con el análisis logístico del flujo de trabajo en la obra.

  1. ¿Qué aspectos de este trabajo pueden interesar a la ingeniería civil actual, especialmente en relación con los hormigones modernos?

Este estudio contribuye a una comprensión más completa de la evolución de ciertos morteros históricos a lo largo del tiempo, lo que puede resultar inspirador para el desarrollo de nuevos materiales de restauración compatibles y con menor huella de carbono. El uso de la reactividad residual de los clastos de cal para sellar fisuras es un principio valioso para la sostenibilidad. No obstante, los materiales actuales ofrecen prestaciones y un nivel de control muy superiores. Disponemos de cementos compuestos y de normativas de seguridad que permiten diseñar con una fiabilidad estandarizada que no existía en la antigüedad. Por tanto, los morteros romanos son un referente histórico y una fuente de inspiración, pero no un modelo que pueda utilizarse directamente en las grandes infraestructuras contemporáneas.

  1. Algunos autores han sugerido que parte de los carbonatos observados podría ser producto de procesos posteriores a la construcción. ¿Cómo valora la argumentación del estudio?

El artículo describe una serie de observaciones que indican que parte de los carbonatos se formaron durante la vida útil inicial del material. Concretamente, el análisis de isótopos permite distinguir entre la carbonatación rápida en condiciones de mezcla en caliente (fraccionamiento cinético) y la carbonatación lenta en equilibrio. Esto permite a los autores argumentar que los clastos no son únicamente producto de la degradación postdeposicional. No obstante, en materiales con tantos siglos de antigüedad, es razonable tener en cuenta también la influencia del entorno. El estudio aborda este aspecto mediante el análisis de los bordes de reacción de los áridos volcánicos, donde se observa una remineralización continua. Desde un enfoque técnico, el estudio aporta pruebas sólidas para distinguir ambas fases.

  1. Desde su perspectiva como catedrático de ingeniería de la construcción, ¿qué aportación considera más destacable y qué limitaciones observa?

El estudio destaca por ofrecer una visión muy detallada de un proceso constructivo interrumpido, lo que supone una oportunidad excepcional. La identificación de herramientas in situ (plomadas, azadas, pesas) junto con los materiales permite reconstruir el flujo de trabajo real, algo que rara vez se conserva. La principal limitación es su naturaleza localizada, ya que describe un caso concreto de una domus privada en reparación, lo que no permite, por sí solo, establecer conclusiones de alcance general sobre la gran ingeniería pública romana. También sería interesante complementar estas investigaciones en el futuro con datos de resistencia mecánica comparada para realizar una valoración más completa desde el punto de vista de la ingeniería estructural.

En este audio se puede escuchar una conversación que trata sobre este artículo recientemente publicado

Las ideas más interesantes del artículo se puede ver en este vídeo.

En esta presentación se resumen las ideas más importantes.

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Referencia:

Vaserman, E., Weaver, J.C., Hayhow, C. et al. An unfinished Pompeian construction site reveals ancient Roman building technology. Nat Commun 16, 10847 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-66634-7

El artículo está publicado en abierto, y se puede leer aquí:

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Un nuevo enfoque para mejorar el diseño sostenible de cimentaciones tipo losa

Acaban de publicar nuestro artículo en la revista Environmental Impact Assessment Review (primer cuartil del JCR), en el que se propone un método directo y más riguroso para calcular el módulo de balasto en losas de cimentación, que incorpora un nuevo enfoque de seguridad y criterios de sostenibilidad para mejorar el diseño suelo-estructura.

Este trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal, junto con el profesor Julián Alcalá, en la Universitat Politècnica de València.

En las últimas décadas, el diseño de cimentaciones ha evolucionado hacia soluciones más seguras, eficientes y sostenibles. Sin embargo, el módulo de balasto vertical (Ks), uno de los parámetros más utilizados en la modelización del contacto suelo-estructura, sigue empleándose en muchos proyectos como si se tratara de una propiedad intrínseca del terreno. El artículo analizado sugiere un cambio de paradigma en esta práctica, al introducir un método directo para estimar Ks a partir de la relación carga-asentamiento, así como un nuevo marco de seguridad orientado al diseño sostenible. Esta aportación es especialmente relevante en el caso de las cimentaciones tipo losa, habituales en edificios y estructuras industriales.

El estudio parte de una cuestión fundamental: ¿cómo se puede estimar de forma rigurosa el módulo de balasto vertical (Ks) en losas de cimentación, considerando parámetros geotécnicos habitualmente ignorados y, al mismo tiempo, integrando criterios de sostenibilidad y seguridad en el diseño?

Esta cuestión surge de las deficiencias detectadas en los métodos indirectos y semidirectos que se emplean comúnmente, ya que no consideran aspectos clave como la profundidad de la influencia o los efectos de compensación de cargas.

Los autores desarrollan una metodología directa que combina varias herramientas avanzadas de análisis geotécnico:

  • Teoría del semiespacio elástico para representar el comportamiento del terreno.

  • Análisis de asientos por capas, con el fin de capturar la variabilidad en profundidad.

  • Mecánica de consolidación basada en ensayos edométricos, que permite incorporar la respuesta deformacional del suelo bajo carga.

  • Consideración explícita de la profundidad de la influencia y de la compensación de cargas, factores que rara vez se incluyen en los métodos tradicionales.

Con este planteamiento, se obtiene directamente un valor de Ks coherente con los principios de la energía elástica y adecuado para modelos avanzados de interacción suelo-estructura. El valor resultante, 5,30 MN/m³, se sitúa entre los límites inferiores y superiores calculados, lo que confirma la consistencia del método.

El estudio no se limita al aspecto puramente geotécnico, sino que también integra una evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida de tres alternativas de losa de hormigón armado. Para ello, combina un proceso jerárquico analítico neutrosófico (NAHP-G) con el método de decisión multicriterio ELECTRE III, considerando dimensiones estructurales, ambientales y socioeconómicas.

Además, se introduce un coeficiente de seguridad específico para Ks, calibrado para considerar la variabilidad espacial del subsuelo y mejorar el diseño en términos de servicio.

Los resultados del trabajo son especialmente significativos:

  • El método directo permite obtener un Ks más representativo del comportamiento real del terreno y de la losa bajo carga.

  • El nuevo coeficiente de seguridad proporciona un diseño más fiable y coherente con la incertidumbre del subsuelo.

  • Se logra una mejora de 2,5 veces en el índice de seguridad social y una reducción del 50 % en los impactos ambientales respecto a metodologías convencionales.

  • El estudio redefine Ks como una variable de diseño, no como una constante del suelo, corrigiendo así décadas de uso inapropiado en la ingeniería geotécnica.

Las conclusiones del artículo tienen un impacto directo en la práctica profesional:

  1. Mejora del diseño de losas: el método permite ajustar mejor los modelos numéricos y evitar tanto el sobredimensionamiento como los fallos por asientos excesivos.

  2. Integración de la sostenibilidad en fases tempranas del proyecto: el marco NAHP-G + ELECTRE IS proporciona una herramienta objetiva para comparar alternativas de cimentación no solo por criterios técnicos, sino también por criterios ambientales y sociales.

  3. Mayor seguridad y fiabilidad: el nuevo coeficiente de seguridad para Ks ayuda a gestionar la incertidumbre y aumenta los márgenes de seguridad de forma cuantificada.

  4. Aplicación en proyectos con elevada heterogeneidad del terreno: el enfoque resulta especialmente útil en suelos con variabilidad marcada, donde los métodos simplificados generan resultados poco fiables.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MORENO-SERRANO, J.F.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Innovative safety framework and direct load–settlement method to optimize vertical subgrade modulus in sustainable mat foundations. Environmental Impact Assessment Review, 118, 108191. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108191

Os dejo el artículo completo para su descarga, ya que está publicado en abierto.

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Europa premia a la UPV por revolucionar el diseño estructural con Inteligencia Artificial

La Universitat Politècnica de València (UPV) ha obtenido un reconocimiento destacado europeo al ganar el premio al mejor proyecto en la categoría «AI for Sustainable Development» de la European Universities Competition on Artificial Intelligence, organizada por la HAW Hamburg.

El trabajo galardonado, desarrollado en el ICITECH por el doctorando Iván Negrín, demuestra cómo la inteligencia artificial puede transformar el diseño estructural para hacerlo más sostenible y resiliente, con reducciones de hasta un 32 % en la huella de carbono respecto a los sistemas convencionales. Este logro posiciona a la UPV como un referente europeo en innovación ética e impacto y reafirma su compromiso con la búsqueda de soluciones frente al cambio climático y al desarrollo insostenible.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. La tesis doctoral de Iván la dirigen los profesores Víctor Yepes y Moacir Kripka.

Introducción: El dilema de la construcción moderna.

La industria de la construcción se enfrenta a un reto monumental: edificar las ciudades del futuro sin agotar los recursos del presente. El enorme impacto medioambiental de los materiales y procesos tradicionales, especialmente las emisiones de CO₂, es uno de los problemas más acuciantes de nuestra era.

¿Y si la solución a este problema no radicara en un nuevo material milagroso, sino en una nueva forma de pensar? ¿Y si la inteligencia artificial (IA) pudiera enseñarnos a construir de manera mucho más eficiente y segura?

Esa es precisamente la hazaña que ha logrado un innovador proyecto de la Universitat Politècnica de València (UPV). Su enfoque es tan revolucionario que acaba de ganar un prestigioso premio europeo, lo que demuestra que la IA ya no es una promesa, sino una herramienta tangible para la ingeniería sostenible.

Clave 1: una innovación europea premiada al más alto nivel.

Este no es un proyecto académico cualquiera. La investigación, dirigida por el doctorando Iván Negrín del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la UPV, ha recibido el máximo reconocimiento continental.

Inicialmente seleccionado como uno de los diez finalistas, el proyecto tuvo que defenderse en una presentación final ante un jurado de expertos. Tras la deliberación del jurado, el proyecto fue galardonado como el mejor en la categoría «AI for Sustainable Development Projects» de la competición «European Universities Competition on Artificial Intelligence to Promote Sustainable Development and Address Climate Change», organizada por la Universidad de Ciencias Aplicadas de Hamburgo (HAW Hamburg). Este reconocimiento consolida la reputación del proyecto en el ámbito de la innovación europea.

Clave 2: adiós al CO₂: reduce la huella de carbono en más del 30 %.

El resultado más impactante de esta investigación es su capacidad para abordar el principal problema medioambiental del sector de la construcción: las emisiones de carbono. La plataforma de diseño asistido por IA puede reducir la huella de carbono de los edificios de manera significativa.

En concreto, consigue una reducción del 32 % de la huella de carbono en comparación con los sistemas convencionales de hormigón armado, que ya habían sido optimizados. Esta reducción abarca todo el ciclo de vida del edificio, desde la extracción de materiales y la construcción hasta su mantenimiento y su eventual demolición.

En un sector tan difícil de descarbonizar, un avance de esta magnitud, impulsado por un diseño inteligente y no por un nuevo material, supone un cambio de paradigma fundamental para la ingeniería sostenible.

Clave 3: Rompe el mito: más sostenible no significa menos resistente.

Uno de los aspectos más revolucionarios del proyecto es la forma en que resuelve un conflicto histórico en ingeniería: la sostenibilidad frente a la resiliencia. La IA ha superado la barrera que obligaba a elegir entre usar menos material para ser sostenible o más material para ser resistente.

En una primera fase, el modelo optimizó estructuras mixtas de acero y hormigón (denominadas técnicamente RC-THVS) para que fueran altamente sostenibles, aunque con una resiliencia baja. Lejos de detenerse, la IA iteró sobre su propio diseño y, en una evolución posterior (RC-THVS-R), logró una solución altamente sostenible y resiliente frente a eventos extremos.

La metodología desarrollada permite compatibilizar la sostenibilidad y la resiliencia, superando el tradicional conflicto entre ambos objetivos.

Clave 4: Ahorro desde los cimientos. Menos costes, energía y materiales.

Los beneficios de esta IA no solo benefician al planeta, sino también al bolsillo y a la eficiencia del proyecto. La optimización inteligente de las estructuras se traduce en ahorros tangibles y medibles desde las primeras fases de la construcción.

Los datos demuestran un ahorro significativo en múltiples frentes:

  • -16 % de energía incorporada.
  • -6 % de coste económico.
  • – Reducción del 17 % de las cargas transmitidas a columnas y cimentaciones.

Este último punto es clave. Una menor carga en los cimientos no solo supone un ahorro directo de materiales, sino que tiene un efecto cascada en materia de sostenibilidad: al usar menos hormigón, se reduce la cantidad de cemento empleado, uno de los principales generadores de CO₂ a nivel mundial.

Clave 5: un enfoque versátil para las ciudades del futuro (y del presente).

La aplicación de esta metodología no se limita a los grandes edificios de nueva construcción. Su versatilidad la convierte en una herramienta estratégica para el desarrollo urbano integral.

Puede aplicarse a infraestructuras de transporte, como puentes y pasarelas, para minimizar su impacto ambiental. También es fundamental para la rehabilitación de estructuras existentes, ya que permite optimizar su seguridad y reducir las emisiones asociadas a los refuerzos.

Este enfoque se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) de la ONU, concretamente con los ODS 9 (Industria, innovación e infraestructura), 11 (Ciudades y comunidades sostenibles) y 13 (Acción por el clima).

Conclusión: construyendo un futuro inteligente.

Este proyecto de la UPV demuestra que la inteligencia artificial ha dejado de ser una tecnología futurista para convertirse en una herramienta imprescindible en la ingeniería civil. Ya no se trata de promesas, sino de soluciones prácticas que resuelven problemas reales, medibles y urgentes.

La capacidad de diseñar estructuras más baratas, ecológicas, seguras y resistentes abre un nuevo capítulo en la construcción.

¿Estamos a las puertas de una nueva era en la ingeniería en la que la sostenibilidad y la máxima seguridad ya no son objetivos contrapuestos, sino aliados inseparables gracias a la inteligencia artificial?

En futuros artículos, explicaremos con más detalle el contenido de este proyecto ganador. De momento, os dejo una conversación que lo explica muy bien y un vídeo que resume lo más importante. Espero que os resulte interesante.

Os dejo un documento resumen, por si queréis ampliar la información.

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Referencias:

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Environmental Life-Cycle Design Optimization of a RC-THVS composite frame for modern building construction. Engineering Structures, 345, 121461. DOI:10.1016/j.engstruct.2025.121461

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Manufacturing cost optimization of welded steel plate I-girders integrating hybrid construction and tapered geometry. International Journal of Advanced Manufacturing Technology, 140, 1601-1624. DOI:10.1007/s00170-025-16365-2

NEGRÍN, I.; CHAGOYÉN, E.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). An integrated framework for Optimization-based Robust Design to Progressive Collapse of RC skeleton buildings incorporating Soil-Structure Interaction effects. Innovative Infrastructure Solutions, 10:446. DOI:10.1007/s41062-025-02243-z

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Design optimization of a composite typology based on RC columns and THVS girders to reduce economic cost, emissions, and embodied energy of frame building construction. Energy and Buildings, 336:115607. DOI:10.1016/j.enbuild.2025.115607

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2025). Metamodel-assisted design optimization of robust-to-progressive-collapse RC frame buildings considering the impact of floor slabs, infill walls, and SSI implementation. Engineering Structures, 325:119487. DOI:10.1016/j.engstruct.2024.119487

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2024). Optimized Transverse-Longitudinal Hybrid Construction for Sustainable Design of Welded Steel Plate Girders. Advances in Civil Engineering, 2024:5561712. DOI:10.1155/2024/5561712.

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Multi-criteria optimization for sustainability-based design of reinforced concrete frame buildings. Journal of Cleaner Production, 425:139115. DOI:10.1016/j.jclepro.2023.139115

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted meta-heuristic design optimization of reinforced concrete frame structures considering soil-structure interaction. Engineering Structures, 293:116657. DOI:10.1016/j.engstruct.2023.116657

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Design optimization of welded steel plate girders configured as a hybrid structure. Journal of Constructional Steel Research, 211:108131. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.108131

TERREROS-BEDOYA, A.; NEGRÍN, I.; PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V. (2023). Hybrid steel girders: review, advantages and new horizons in research and applications. Journal of Constructional Steel Research, 207:107976. DOI:10.1016/j.jcsr.2023.107976.

NEGRÍN, I.; KRIPKA, M.; YEPES, V. (2023). Metamodel-assisted design optimization in the field of structural engineering: a literature review. Structures, 52:609-631. DOI:10.1016/j.istruc.2023.04.006

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