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Técnicas heurísticas para el diseño de pasarelas mixtas

Acaban de publicarnos un artículo en la revista científica Applied Sciences (indexada en el JCR, Q2) un artículo que trata sobre el uso de distintas técnicas heurísticas para optimizar una pasarela de sección mixta hormigón-acero. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El objetivo de este trabajo ha sido aplicar técnicas de optimización heurística a un puente peatonal compuesto de hormigón y acero, modelado como una viga biapoyada. Se ha desarrollado un programa específico en Fortran, capaz de generar puentes peatonales, comprobar todos sus estados límite y evaluar su coste. Se han utilizado en este trabajo los siguientes algoritmos: búsqueda local de descenso (DLS), un recocido simulado híbrido con un operador de mutación (SAMO2) y una optimización de enjambres de luciérnagas (GSO) en dos variantes. Los resultados se compararon según el coste más bajo. Los algoritmos GSO y DLS combinados obtuvieron los mejores resultados en términos de coste. Además, se ha estudiado la comparación entre las emisiones de CO2 asociadas a la cantidad de materiales obtenidos por cada técnica heurística y la solución de diseño original. Finalmente, se realizó un estudio paramétrico en función de la longitud de vano del puente peatonal.

El artículo se ha publicado en abierto, y se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/9/16/3253

ABSTRACT:

The objective of this work was to apply heuristic optimization techniques to a steel-concrete composite pedestrian bridge, modeled like a beam on two supports. A program has been developed in Fortran programming language, capable of generating pedestrian bridges, checking them, and evaluating their cost. The following algorithms were implemented: descent local search (DLS), a hybrid simulated annealing with a mutation operator (SAMO2), and a glow-worms swarm optimization (GSO) in two variants. The first one only considers the GSO and the second combines GSO and DLS, applying the DSL heuristic to the best solutions obtained by the GSO. The results were compared according to the lowest cost. The GSO and DLS algorithms combined obtained the best results in terms of cost. Furthermore, a comparison between the CO2 emissions associated with the amount of materials obtained by every heuristic technique and the original design solution were studied. Finally, a parametric study was carried out according to the span length of the pedestrian bridge.

Keywords: pedestrian bridge; composite structures; optimization; metaheuristics; structural design

REFERENCIA:

Yepes, V.; Dasí-Gil, M.; Martínez-Muñoz, D.; López-Desfilis, V.J.; Martí, J.V. Heuristic Techniques for the Design of Steel-Concrete Composite Pedestrian Bridges. Appl. Sci. 2019, 9, 3253.

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Optimización de pasarelas de sección en cajón mediante metamodelos Kriging

Uno de los objetivos del proyecto DIMALIFE es la obtención de procedimientos novedosos y rápidos para optimizar estructuras mediante metamodelos. Los algoritmos heurísticos siguen un proceso inteligente en el que se modifican las variables de diseño con el fin de optimizar la función objetivo y verificar las restricciones. Metodologías como la optimización del diseño basada en metamodelos, como es el caso del método Kriging, proporcionan una superficie de respuesta de la muestra que puede ser optimizada.

A continuación os dejo una comunicación que presentamos en el pasado congreso IALCCE 2018 en Gante (Bélgica) sobre la optimización de una pasarela hiperestática de sección en cajón de hormigón postesado. En este trabajo, la optimización heurística convencional y la optimización heurística basada en kriging se aplican al mismo estudio de caso. En este caso se trata de una pasarela peatonal continua de vigas de cajón. La comparación muestra las ventajas y desventajas de ambas metodologías. Espero que os sea de interés.

ABSTRACT:

The structural optimization aims to determine the best solutions for the project objectives while guaranteeing the structural constraints. The heuristic algorithms follow an intelligent process in which the design variables are modified for the purpose of optimizing the objective function and verify the constraints. Methodologies like metamodel-based design optimization or surrogate-based optimization carry out a pseudo optimization applicable to structures. The kriging method provides a response surface from the sample that can be optimized. In this paper, conventional heuristic optimization and kriging-based heuristic optimization are applied to the same case study. This case involves a continuous box-girder pedestrian bridge. The comparison of the methodologies shows the advantages and disadvantages of both methodologies. Furthermore, a major compression of both processes gain a better understanding of the methods and the most suitable cases.

REFERENCE:

PENADÉS-PLÀ, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Kriging-based heuristic optimization of a continuous concrete box-girger pedestrian bridge. Sixth International Symposium on Life-Cycle Civil Engineering (IALCCE 2018), Ganth (Belgium), October 2018, pp. 2753-2759. ISBN: 9781138626331

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Optimización de puentes pretensados mediante la metodología de la superficie de respuesta

Nos acaban de publicar en la Revista CIATEC-UPF (Revista de Ciências Exatas Aplicadas e Tecnológicas da Universidade de Passo Fundo, CIATEC-UPF – ISSN 2176-4565), un artículo relacionado con la optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas. Se trata de una colaboración con el profesor Moacir Kripka y está dentro del proyecto de investigación DIMALIFE.

Os paso a continuación el resumen y una copia descargable del artículo, pues está publicado en abierto. Espero que os sea de interés.

RESUMEN:

Los puentes son infraestructuras esenciales para mejorar la comunicación dentro de un territorio. La optimización constituye un proceso que permite obtener puentes de menor coste bajo ciertas restricciones. Debido a la complejidad de los problemas estructurales, la optimización matemática no es útil y se recurre a la optimización heurística debido a su mayor eficacia. En este trabajo se presenta una alternativa a la optimización heurística basada en los metamodelos. El procedimiento consiste en una reducción de los factores iniciales mediante el diseño de experimentos, reduciendo significativamente la complejidad del problema sin perder información. Posteriormente, se aplica la metodología de la superficie de respuesta para obtener el óptimo del problema. Este procedimiento se aplica a un tablero de un puente de losa maciza que cumpla todas las restricciones de las normativas.

PALABRAS CLAVE:

Hormigón estructural. Optimización. Puente pretensado. Metamodelo. Superficie de respuesta

REFERENCIA:

PENADÉS-PLÀ, V.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2019). Optimización de puentes pretensados mediante la metodología de la superficie de respuesta. Revista CIATEC-UPF, 11(2):22-35. https://doi.org/10.5335/ciatec.v11i2.9159

 

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Revisión de las técnicas de valoración multicriterio aplicadas al diseño sostenible de infraestructuras

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Advances in Civil Engineering (revista indexada en el JCR) sobre la revisión de las técnicas de valoración multicriterio aplicadas al diseño sostenible de infraestructuras. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Dados los grandes impactos asociados a la construcción y mantenimiento de infraestructuras, tanto en la dimensión ambiental como en la económica y social, un enfoque sostenible de su diseño parece esencial para facilitar el cumplimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible fijados por las Naciones Unidas. Un repaso a la bibliografía existente indica, por lo general, que se aplican métodos de toma de decisiones multicriterio para abordar los criterios complejos y a menudo contradictorios que caracterizan la sostenibilidad. El presente estudio revisa el estado actual de la técnica en la aplicación de dichas técnicas en la evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras, analizando también los impactos y criterios de sostenibilidad incluidos en las evaluaciones.

El artículo se encuentra publicado en abierto, y por tanto se puede descargar gratuitamente en el siguiente enlace: https://www.hindawi.com/journals/ace/2019/6134803/

ABSTRACT:

Given the great impacts associated with the construction and maintenance of infrastructures in both the environmental, the economic and the social dimensions, a sustainable approach to their design appears essential to ease the fulfilment of the Sustainable Development Goals set by the United Nations. Multicriteria decision-making methods are usually applied to address the complex and often conflicting criteria that characterise sustainability. The present study aims to review the current state of the art regarding the application of such techniques in the sustainability assessment of infrastructures, analysing as well the sustainability impacts and criteria included in the assessments. The Analytic Hierarchy Process is the most frequently used weighting technique. Simple Additive Weighting has turned out to be the most applied decision-making method to assess the weighted criteria. Although a life cycle assessment approach is recurrently used to evaluate sustainability, standardised concepts, such as cost discounting, or presentation of the assumed functional unit or system boundaries, as required by ISO 14040, are still only marginally used. Additionally, a need for further research in the inclusion of fuzziness in the handling of linguistic variables is identified.

REFERENCIA:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2019). A review of multi-criteria assessment techniques applied to sustainable infrastructures design. Advances in Civil Engineering, 2019: 6134803. DOI:10.1155/2019/6134803

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Comportamiento elastoplástico y pandeo de barras a compresión de acero con bajo contenido de carbono

En la fotografía, de izquierda a derecha, los profesores Gizo Partskhaladze, Julián Alcalá y Víctor Yepes, que forman parte del equipo que ha desarrollado este trabajo

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Advances in Civil Engineering (revista indexada en el JCR) fruto de la colaboración con profesores de Georgia. Esta colaboración se gestó con distintas visitas del profesor Gizo Partskhaladze, que también es el Decano de la Facultad de Tecnología de la Shota Rustaveli State University, en Georgia. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Este trabajo presenta nuevos enfoques para resolver un problema de estabilidad de las barras comprimidas en la zona de trabajo elastoplástica. Es bien conocido que los pilares de los edificios, los soportes estructurales en puentes, las barras de perforación de petróleo y la industria de extracción de gas pueden estar sujetos a un riesgo significativo de pérdida de estabilidad.

Hoy en día, existen métodos de diseño basados en los resultados de las pruebas que definen las relaciones (por ejemplo, tensiones críticas-esbeltez) para evitar este riesgo debido a la pérdida de estabilidad, pero no siempre se conocen de forma precisa sus límites. Los principales objetivos de este estudio han sido desarrollar nuevos enfoques que permitieran especificar los valores de las tensiones críticas de los elementos comprimidos más allá del límite proporcional. El problema de estabilidad de los elementos comprimidos en la región elastoplástica se ha estudiado de acuerdo con la teoría de estabilidad. En el artículo se ha sugerido un enfoque original del tema; en particular, la determinación de los valores de las tensiones críticas y el hallazgo de los puntos de la bifurcación se llevaron a cabo mediante la tangente establecida por los resultados experimentales y por la aproximación del llamado doble módulo. El análisis comparativo mostró la ventaja del enfoque propuesto, particularmente que las nuevas curvas críticas estaban ubicadas por debajo de las curvas de Engesser-Karman y Shanley y por encima de las curvas críticas establecidas por los códigos de construcción. Se desarrolló en el trabajo un enfoque novedoso para la determinación de las tensiones críticas en la región elásticoplástica, mediante el cual se aumentó la fiabilidad estructural y la eficiencia económica en casi un 12% en comparación con los enfoques existentes.

A continuación os dejo la referencia y el artículo completo para su descarga, puesto que se ha publicado en la versión de acceso abierto, siendo posible su descarga y distribución sin restricciones.

Referencia:

PARTSKHALADZE, G.; MSHVENIERADZE, I.; MEDZMARIASHVILI, E.; CHAVLESHVILI, G.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2019). Buckling Analysis and Stability of Compressed Low Carbon Steel Rods in Elasto-Plastic Region of Material. Advances in Civil Engineering, 2019: 7601260. DOI:10.1155/2019/7601260

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Vídeo y presentación completa conferencia sobre toma de decisiones en puentes

El 23 de mayo de 2019 tuve la oportunidad de impartir una conferencia en el Centro de Estudios Avanzados y Extensión de la Pontificia Universidad Católica de Valparaíso, en su sede de Santiago (Chile). El título de la charla coincide con el proyecto DIMALIFE, que en este momento tenemos en marcha dentro de nuestro grupo de investigación de la Universitat Politècnica de València: “Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes e infraestructuras viarias de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos”. En este enlace podéis ver una nota de prensa sobre la misma: http://www.pucv.cl/pucv/noticias/primera-persona/investigador-de-la-universitat-politecnica-de-valencia-realiza/2019-05-27/164204.html

La conferencia se pudo ver también por streaming en directo. Agradezco a la PUCV la grabación de la misma. Os paso a continuación no solo el vídeo sino también la presentación del PowerPoint utilizado en la misma. Espero que os sea de interés.

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Optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas

Nos acaban de publicar en la revista Automation in Construction (primer cuartil del JCR) un artículo relacionado con la optimización de pórticos de hormigón armado con sistemas de agrupación de columnas. Se trata de una colaboración con el profesor Moacir Kripka y está dentro del proyecto de investigación DIMALIFE.

Puedes descargar gratuitamente el artículo hasta el 22 de junio de 2019 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1Y~vl3IhXMfb77

ABSTRACT

In structural design, it is common practice to adopt the same cross-sectiondimensions for a group of elements. This procedure is mainly for practical and aesthetic reasons, as well as to reduce labour costs, but it also has a positive effect of reducing the number of variables, which simplifies the usual trial and error design process. On the other hand, the total materials cost obtained is closely related to this grouping. Based on this, the present work aims to minimize the cost of reinforced concrete plane frames considering the automated grouping of columns. To achieve this objective, an optimization software was developed by the association of matrix structural analysis, dimensioning and optimization. The sections dimensions, the area of steel and the concrete strength of beams and columns were taken as design variables. For a given maximum number of groups, the optimum grouping and the corresponding values to design variables are obtained. The strategy proposed in this paper to obtain the grouping reduces significantly the number of infeasible candidate solutions during the search process and avoid the proposition of unrealistic designs. For the optimization, a variant of the Harmony Search method was adopted. Some structures were analyzed in order to validate the application of the proposed formulation, as well as to verify the influence of the grouping of elements on the final results. In these structures, it was possible to observe a significant additional reduction in the total cost when automated grouping is performed regarding a uniform grouping, even when a small number of groups is considered. For the 20-floor building frame analyzed, the cost reduction from uniform to automated grouping varied from 5.53 to 7.35%. The influence of the concrete strength on optimal results was also investigated, indicating a cost reduction of 9.74% from best (40 MPa) to worst case (20 MPa). In general, it can be concluded that, when applied in conjunction with the usual design variables, the proposed procedure can enable a significant additional economy, without affecting the structural safety.

KEYWORDS

Optimization; automated grouping; reinforced concrete; plane frames; harmony search

Reference:

BOSCARDIN, J. T.; YEPES, V.; KRIPKA, M. (2019). Optimization of reinforced concrete building frames with automated grouping of columns. Automation in Construction, 104: 331-340. DOI:10.1016/j.autcon.2019.04.024

 

 

 

VisualUVAM: Una nueva herramienta para el apoyo en la toma de decisiones sobre vulnerabilidad urbana

Nos acaban de publicar en la revista Sustainaibility (segundo cuartil en Web of Science) un artículo donde se explica una nueva metodología, VisualUVAM, que sirve de apoyo en la toma de decisiones relacionada con la vulnerabilidad urbana. Esta herramienta se ha aplicado a nivel regional, provincial y municipal en España. Complementa los artículos y estudios previos realizados por nuestro grupo de investigación en el marco del proyecto de  investigación DIMALIFE, plasmados en la tesis doctoral de Jorge Salas, de la que ya comentamos algo en un artículo anterior.

Como se trata de una publicación en abierto, os dejo a continuación el artículo completo para su descarga.

Referencia:

SALAS, J.; YEPES, V. (2019). VisualUVAM: A Decision Support System Addressing the Curse of Dimensionality for the Multi-Scale Assessment of Urban Vulnerability in Spain. Sustainability, 11(8), 2191. doi:10.3390/su11082191

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Revisión de los métodos de optimización aplicados al consumo de energía en ferrocarriles

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR. Se trata de un artículo de revisión del estado del arte donde se analizan 52 artículos científicos relacionados con el consumo energético en ferrocarriles. Se analizan dos áreas principales: las técnicas de modelización utilizadas para simular el movimiento de los trenes y el consumo de energía, y los métodos de optimización utilizados para conseguir una circulación ferroviaria más eficiente. Se describen brevemente los métodos más utilizados en cada caso y se analizan las principales tendencias encontradas. Además, se ha realizado un estudio estadístico para reconocer las relaciones entre los métodos y las variables de optimización. Se encontró que los modelos determinísticos basados en la ecuación de Davis son, con diferencia (85% de los trabajos revisados), los más comunes en términos de modelización. En cuanto a la optimización, los métodos meta-heurísticos son la opción preferida (57,8%), en particular los Algoritmos Genéticos. Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación BRIDLIFE en la que se pretenden optimizar las infraestructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 3 de mayo de 2019 en el siguiente enlace: https://authors.elsevier.com/a/1YjHX3QCo9Uqa3

Abstract:

Railways are a rather efficient transport mean, and yet there is increasing interest in reducing their energy consumption and making them more sustainable in the current context of climate change. Many studies try to model, analyse and optimise the energy consumed by railways, and there is a wide diversity of methods, techniques and approaches regarding how to formulate and solve this problem. This paper aims to provide insight into this topic by reviewing up to 52 papers related to railways energy consumption. Two main areas are analysed: modelling techniques used to simulate train(s) movement and energy consumption, and optimisation methods used to achieve more efficient train circulations in railway networks. The most used methods in each case are briefly described and the main trends found are analysed. Furthermore, a statistical study has been carried out to recognise relationships between methods and optimisation variables. It was found that deterministic models based on the Davis equation are by far (85% of the papers reviewed) the most common in terms of modelling. As for optimisation, meta-heuristic methods are the preferred choice (57.8%), particularly Genetic Algorithms.

Keywords:

Railways
Energy efficiency
Modelling
Optimisation
Meta-heuristics

Reference:

MARTÍNEZ-FERNÁNDEZ, P.; VILLALBA-SANCHÍS, I.; INSA-FRANCO, R.; YEPES, V. (2019). A review of modelling and optimisation methods applied to railways energy consumption. Journal of Cleaner Production, 222:153-162. DOI:10.1016/j.jclepro.2019.03.037

 

 

Selección de puentes sostenibles de vanos pequeños en Brasil

Nos acaban de publicar en la revista Sustainaibility (segundo cuartil en Web of Science) un artículo donde se aplica la toma de decisiones multicriterio (AHP y Vikor) para seleccionar el tipo de puente de vano corto más idóneo desde el punto de vista de la sostenibilidad en el contexto de Brasil.

Se trata del fruto del trabajo conjunto desarrollado por el profesor Moacir Kripka, catedrático de estructuras en la Universidade de Passo Fundo, que estuvo de estancia en nuestra universidad hace unos meses.

Este artículo forma parte de nuestra línea de investigación DIMALIFE en la que se pretenden optimizar estructuras atendiendo no sólo a su coste, sino al impacto ambiental y social que generan a lo largo de su ciclo de vida.

Como se trata de una publicación en abierto, os dejo a continuación el artículo completo para su descarga.

 

Referencia:

KRIPKA, M.; YEPES, V.; MILANI, C.J. (2019). Selection of sustainable short-span bridge design in Brazil. Sustainability, 11:1307. DOI: 10.3390/su11051307

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