densidad espectral de potencia archivos - El blog de Víctor Yepes

De la ceguera reactiva a la infraestructura inteligente: cómo los sensores están revolucionando la ingeniería civil.

En nuestras costas, el aire salino no solo es una característica del paisaje, sino también un enemigo invisible que trabaja sin descanso. El hormigón armado de nuestras infraestructuras sufre la silenciosa penetración de iones de cloruro que corroen las armaduras de acero y comprometen la estabilidad de los puentes mucho antes de que se vea la primera grieta. Tradicionalmente, la ingeniería ha actuado, más de una vez, a ciegas, esperando a que se manifestaran los síntomas visibles antes de actuar. Sin embargo, estamos ante una revolución en la medicina preventiva de las infraestructuras: hoy podemos dotar a los puentes de un «sistema nervioso» que les permite hablarnos a través de sus propias vibraciones.

Esta transformación es una urgencia global. La industria de la construcción no es un actor menor en la crisis climática: consume el 30 % de la energía mundial, el 40 % de los recursos naturales y genera el 30 % de las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto, optimizar el mantenimiento de estructuras emblemáticas deja de ser un reto técnico para convertirse en un imperativo ético y económico.

El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación RESILIFE , que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Más que una inspección, un diálogo con la estructura (PSD)

La técnica de densidad espectral de potencia (PSD, por sus siglas en inglés) supone un gran avance respecto a los métodos tradicionales. En lugar de extraer núcleos de hormigón (métodos destructivos), utilizamos sensores que captan el «ritmo» del puente. La clave está en entender las fases del daño: mientras que los modelos tradicionales se centran en la fase de iniciación (acumulación de cloruros), la tecnología PSD detecta cambios sutiles en la fase de propagación temprana.

Al analizar la frecuencia y la amplitud de las vibraciones, la IA identifica cuándo la corrosión empieza a reducir la rigidez de los elementos estructurales. Detectamos la «arritmia» antes de que se convierta en un «infarto» estructural. Como destaca la investigación científica:

«El análisis basado en la frecuencia desarrollado permite identificar eficazmente el deterioro provocado por la corrosión en sus primeras fases, lo que ofrece un método no destructivo y fiable para la monitorización del estado de las estructuras (SHM)».

El ahorro del 40 % del coste a lo largo del ciclo de vida.

Como estrategas de infraestructura, no medimos el éxito por el coste de hoy, sino por la resiliencia a largo plazo. Al aplicar un análisis de costes del ciclo de vida (LCCA) sobre un horizonte de 100 años, los datos para un tramo del puente de la Isla de la Arosa son irrefutables:

Mantenimiento convencional: 470 113,12 €
Mantenimiento basado en PSD: 248 001,19 €

Esta gestión inteligente genera un ahorro de 222 111,92 € por tramo, lo que equivale a una reducción del 40 % en los costes totales. Al «escuchar» las vibraciones, pasamos de reparaciones masivas y traumáticas a intervenciones quirúrgicas y precisas, y eliminamos el gasto superfluo de las reconstrucciones de emergencia.

Un respiro para el planeta (E-LCA).

Mantener es, por definición, más ecológico que reconstruir. Gracias a la Evaluación del Ciclo de Vida Ambiental (E-LCA) y a la base de datos Ecoinvent, hemos cuantificado que el método PSD reduce el impacto ambiental en un 14,33 % en el tablero del puente y en un sorprendente 29,62 % en las pilas.

Este ahorro se traduce en métricas concretas de bienestar:

Calidad del ecosistema: reducción de 61 449,68 puntos de impacto en el tablero.
Salud humana: disminución de 118 802,69 puntos de impacto negativo.
Eficiencia de recursos: reducción drástica de la extracción de materias primas y del consumo energético, abordando directamente ese 40 % del consumo de recursos naturales que mencionábamos al inicio.

Priorizando la seguridad y el bienestar humano (S-LCA).

La sostenibilidad no solo es verde, sino también humana. El análisis del ciclo de vida social (S-LCA) revela que el mantenimiento proactivo protege la vida y el tiempo de las personas. Al evitar grandes obras reactivas, reducimos drásticamente las «horas de riesgo» para todos los implicados.

La comparativa de riesgo (en horas) es impactante:

Trabajadores: 45 650,65 (PSD) frente a 200 365,10 (convencional).
Comunidad local: 40 283,37 (PSD) frente a 176 807,60 (convencional).

Esta reducción de riesgos para la sociedad y los actores de la cadena de valor no solo es una estadística de seguridad laboral, sino también una apuesta por la equidad social y la resiliencia de las comunidades que dependen de una conectividad ininterrumpida.

La «orquesta de las ciencias» detrás de la decisión (MCDM).

Para un estratega moderno, tomar una decisión no consiste solo en mirar el presupuesto. Es lo que llamamos la «orquesta de las ciencias»: el uso de modelos matemáticos avanzados (AHP y TOPSIS) para equilibrar intereses que a menudo parecen opuestos: el dinero, la salud humana y la salud del planeta.

Mediante estas técnicas de toma de decisiones multicriterio, hemos ponderado cada variable para obtener un veredicto científico unánime. En una escala de sostenibilidad global, los resultados son contundentes: el método basado en vibraciones (PSD) obtuvo una puntuación perfecta de 1,00, mientras que el método convencional obtuvo 0,00. La ciencia nos dice que ya no hay debate posible sobre qué camino seguir.

Conclusión: hacia una infraestructura autoconsciente.

La integración de la monitorización de la salud estructural (SHM) y la evaluación del ciclo de vida (LCA) está transformando la ingeniería civil en una disciplina de conservación de recursos de alta tecnología. El puente de la Isla de la Arosa es solo el principio; estamos ante una nueva era de infraestructuras autoconscientes que nos alertan de sus necesidades.

Debemos ser conscientes de que ignorar los datos de vibración no solo es un error técnico, sino también una negligencia fiscal y ética. La cuestión ya no es si la tecnología funciona, sino si estamos listos como sociedad para dejar que los datos dicten las políticas públicas de transporte que protegerán nuestro futuro. Los datos indican que no podemos permitirnos esperar.

En esta conversación puedes escuchar las ideas más interesantes sobre este tema.

Este vídeo resume bien los conceptos más importantes de este artículo.

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Referencia:

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Smart Integration of Non-Destructive Damage Detection and Life-Cycle Assessment for Sustainable Maintenance of Coastal Bridges. Smart and Sustainable Built Environment DOI 10.1108/SASBE-11-2025-0691

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

Integración inteligente de detección de daños y evaluación de sostenibilidad en puentes costeros.

Acaban de publicar un artículo en Smart and Sustainable Built Environment, una de las revistas ubicadas en el primer cuartil del JCR. Este documento técnico sintetiza una investigación avanzada sobre el mantenimiento sostenible de puentes de hormigón armado en entornos costeros, sometidos a una degradación acelerada por la corrosión inducida por cloruros. La propuesta principal se basa en un enfoque integral que combina el monitoreo de la salud estructural (SHM) mediante el análisis de la densidad espectral de potencia (PSD), las evaluaciones de sostenibilidad del ciclo de vida (LCSA) y la toma de decisiones multicriterio (MCDM).

Los principales hallazgos demuestran que la implementación de métodos no destructivos basados en vibraciones, como el PSD, permite identificar el deterioro en etapas tempranas con mayor precisión que los métodos convencionales. Los resultados indican que este enfoque puede reducir los costes de mantenimiento y reparación hasta un 40 % a lo largo de una vida útil de 100 años, lo que supone una disminución significativa de los impactos ambientales y de los riesgos sociales para los trabajadores y las comunidades locales.

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 de contexto.

La pregunta de investigación que abordamos fue la siguiente:

¿Cómo podemos superar las limitaciones de los modelos de deterioro predefinidos y de las inspecciones visuales mediante la integración de la monitorización de la salud estructural (SHM) basada en vibraciones y de un análisis de sostenibilidad del ciclo de vida para optimizar el mantenimiento?

Hasta ahora, la literatura científica abordaba la detección de daños y la sostenibilidad de forma independiente; nuestro trabajo es la «orquestación de ciencias» que los une en un solo marco de decisión.

Contexto y problemática de la infraestructura costera.

La industria de la construcción es responsable de aproximadamente el 30 % del consumo de energía mundial, del 40 % del consumo de recursos naturales y de cerca del 30 % de las emisiones de gases de efecto invernadero. En este contexto, los puentes costeros son activos críticos y costosos cuya durabilidad se ve comprometida por la penetración de iones de cloruro.

Desafíos identificados en el mantenimiento tradicional:

Inadecuación de las estimaciones: Los métodos convencionales de estimación de costes y de mantenimiento resultan insuficientes para las necesidades complejas actuales.
Detección tardía: los enfoques tradicionales a menudo no logran identificar el daño interno hasta que es visible o estructuralmente grave.
Falta de integración: Existe una brecha significativa entre las técnicas de detección de daños en ingeniería estructural y los marcos de evaluación de sostenibilidad (economía y ecología).

Marco metodológico: el método PSD y la monitorización estructural.

La investigación propone el uso de la densidad espectral de potencia (PSD) como herramienta de identificación no destructiva basada en el dominio de la frecuencia.

Funcionamiento del método PSD:

Análisis de señales: transforma la respuesta vibratoria de la estructura (estimulada de forma periódica o aleatoria) al dominio de la frecuencia mediante la transformada de Fourier.
Relación rigidez-frecuencia: los picos en el espectro PSD corresponden a las frecuencias naturales de la estructura. La corrosión por cloruros reduce la sección transversal de las barras de refuerzo y aumenta el agrietamiento, lo que disminuye la rigidez local y altera estas frecuencias.
Ventajas técnicas: es una función de segundo orden altamente no lineal y sensible a los parámetros estructurales, lo que permite localizar y cuantificar el daño con precisión.

El modelo de predicción de vida útil (Tuutti):

El marco utiliza el modelo de Tuutti para vincular la vida útil con la corrosión. Este proceso se divide en dos fases:

Iniciación: tiempo hasta que los cloruros alcanzan el umbral crítico en el refuerzo (estimado mediante la segunda ley de Fick).
Propagación: tiempo durante el cual la corrosión se extiende hasta causar daños graves o fallos.

Evaluación de la sostenibilidad del ciclo de vida (LCSA).

El estudio evalúa el impacto de las estrategias de mantenimiento en tres pilares fundamentales, integrados mediante bases de datos como Ecoinvent y programas informáticos como OpenLCA.

Evaluación de costes a lo largo del ciclo de vida (LCCA)

El análisis económico tiene en cuenta todos los gastos, desde la construcción hasta la eliminación final, y ajusta los costes futuros a su valor presente con una tasa de descuento del 5 %.

Componentes del coste: inspección, reparación, demolición de partes dañadas, reciclaje de escombros e instalación de nuevo refuerzo.
Resultado: el uso de PSD permite optimizar los tiempos de intervención y evitar reparaciones prematuras o fallos catastróficos.

Evaluación ambiental (E-LCA)

Utilizando el método ReCiPe, se analizan las categorías de impacto en tres puntos finales:

Salud humana: reducción de la toxicidad y de los contaminantes.
Ecosistemas: minimización de la ocupación del suelo y de la eutrofización.
Recursos: eficiencia en el uso de materias primas y de energía.

Evaluación social (S-LCA).

Se emplea el complemento SOCA para evaluar las «horas de riesgo» de diversos grupos de interés.

Grupos evaluados: trabajadores, comunidad local, sociedad y actores de la cadena de valor.
Subcategorías: seguridad y salud, salarios justos, horas de trabajo y derechos indígenas.

Análisis de resultados: PSD frente a métodos convencionales.

El estudio aplicó el marco a un modelo simulado del puente de Galicia (España), de 1980 metros de longitud y 40 tramos, y obtuvo los siguientes resultados comparativos:

Dimensión de impacto	Método convencional	Método PSD	Mejora/ahorro
Coste total (LCC)	470,113.12 €	248,001.19 €	~222,111.92 € (40%)
Impacto ambiental (puntos)	Mayor impacto en todas las categorías	Reducción significativa	14.33% (Tablero) / 29.62% (Columnas)
Riesgo social (horas de riesgo)	Muy elevado (ej. 200,365 para trabajadores)	Reducción drástica (ej. 45,650 para trabajadores)	Reducción de hasta el 32%

Análisis de la toma de decisiones (AHP-TOPSIS).

Para consolidar estos datos, se utilizó el Proceso de Jerarquía Analítica (AHP) para asignar pesos a los criterios y la Técnica para el Orden de Preferencia por Similitud con la Solución Ideal (TOPSIS) para clasificar las estrategias.

El método basado en PSD obtuvo una puntuación de 1,00 (proximidad ideal), mientras que el método convencional obtuvo 0,00, lo que confirma la superioridad absoluta del enfoque inteligente.

Conclusiones e implicaciones prácticas.

La integración del análisis PSD con la evaluación de sostenibilidad transforma el mantenimiento de «reactivo» a «proactivo y eficiente en recursos».

Hallazgos fundamentales:

Detección temprana: la sensibilidad del análisis basado en la frecuencia permite identificar deterioros antes de que comprometan la seguridad estructural.
Robustez: el análisis de sensibilidad confirmó que los resultados son estables frente a variaciones en la tasa de descuento (3-7 %) y en los niveles de ruido de las señales (5-15 %).
Sostenibilidad integral: el marco no solo ahorra capital financiero, sino que también reduce la huella de carbono y mejora el bienestar social al minimizar las interrupciones y los riesgos para la comunidad.

Recomendaciones para la gestión de activos:

Se sugiere que las autoridades de transporte y los gestores de infraestructura adopten sistemas de monitorización adaptativos basados en vibraciones. Aunque el estudio se basa en simulaciones, la «orquestación de ciencias» propuesta ofrece una hoja de ruta clara para lograr una infraestructura costera resiliente y alineada con los objetivos de desarrollo sostenible globales.

«El método basado en PSD va más allá de sus capacidades diagnósticas y ofrece un camino hacia prácticas de mantenimiento predictivas, preventivas y eficientes en términos de recursos.»

Referencia:

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

Densidad espectral de potencia en la detección de daños por ataque de cloruros en un puente en ambiente marino

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Structural Engineering and Mechanics, indexada en el JCR. En este caso, se ha analizado el rendimiento del método de la densidad espectral de potencia para detectar daños causados por el ataque de cloruros en un puente de hormigón ubicado en un ambiente marino. El trabajo se enmarca en el proyecto de investigación HYDELIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El deterioro causado por la penetración de cloruros y la carbonatación desempeña un papel importante en una estructura de hormigón en un entorno marino. La corrosión por cloruros en algunas estructuras ubicadas en ambientes costeros puede ser peligrosa en caso de un colapso repentino. Por lo tanto, como novedad, esta investigación estudia la capacidad de un método no destructivo de detección de daños denominado Densidad Espectral de Potencia (PSD) para diagnosticar daños causados únicamente por iones cloruro en estructuras de hormigón. Además, se investigó la precisión de este método para estimar la cantidad de daños anuales causados por el cloruro en diversas zonas y posiciones expuestas al agua de mar. Para ello, se modeló y analizó numéricamente el puente de Arosa, en España, que conecta la isla con el continente por el mar. Como primer paso, se calculó la posición de puente de cada elemento, así como el porcentaje de corrosión por cloruros en las armaduras. A continuación, se predijeron la existencia, la localización y el momento de los daños en toda la parte de hormigón del puente en función de la cantidad de corrosión de las armaduras cada año. El método PSD se utilizó para controlar la pérdida anual del área de la sección transversal de las armaduras, los cambios en las características dinámicas, como la rigidez y la masa, y el desgaste a lo largo de cada año de la vida útil de la estructura del puente mediante ecuaciones de sensibilidad y el algoritmo de mínimos cuadrados lineales. Este estudio demostró que la utilización de diferentes enfoques del método PSD basados en la corrosión por cloruros de las armaduras y la asunción de errores del 10% en el análisis del software pueden ayudar a predecir la ubicación y la cantidad casi exacta de las zonas dañadas a lo largo del tiempo.

Se puede solicitar una copia del artículo a los autores a través del siguiente enlace: https://www.researchgate.net/publication/367283962_Hadizadeh-Bazaz_et_al_2023

Abstract:

The deterioration caused by chloride penetration and carbonation is significant in concrete structures in marine environments. Chloride corrosion in some marine concrete structures is invisible but can be dangerous, leading to sudden collapse. Therefore, as a novelty, this research investigates the ability of a non-destructive damage detection method, the Power Spectral Density (PSD), to diagnose damage caused solely by chloride ions in concrete structures. Furthermore, the accuracy of this method in estimating the annual damage caused by chloride at various parts and positions exposed to seawater was investigated. For this purpose, the RC Arosa bridge in Spain, which connects the island to the mainland via seawater, was numerically modeled and analyzed. As the first step, each element’s bridge position was calculated, along with the chloride corrosion percentage in the reinforcements. The next step predicted the existence, location, and timing of damage to the entire concrete part of the bridge based on the amount of rebar corrosion each year. The PSD method was used to monitor the annual loss of reinforcement cross-sectional area and changes in dynamic characteristics, such as stiffness and mass, throughout the bridge structure’s life using sensitivity equations and the linear least-squares algorithm. This study showed that using different approaches to the PSD method based on rebar chloride corrosion and assuming 10% errors in software analysis can help predict the location and almost exact amount of damage zones over time.

Keywords:

Damage identification; Concrete bridge; Chloride attack; Steel corrosion; Power Spectral Density method (PSD); Non-destructive technique.

Reference:

HADIZADEH-BAZAZ, M.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2023). Power Spectral Density method performance in detecting damages by chloride attack on coastal RC bridge. Structural Engineering and Mechanics, 85(2):197-206. DOI:10.12989/sem.2023.85.2.197