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Reflexiones sobre el 6º Foro PTEC de debate

PTECEl pasado 10 de junio de 2014 se celebró en la Escuela de Ingenieros de Caminos de Valencia el 6º Foro PTEC de debate bajo el título “La I+D+i en la mejora de los procesos de construcción”. Es el momento de realizar algunas reflexiones sobre este evento que, desde mi punto de vista, acabó siendo un éxito tanto en asistencia como en contenidos desarrollados. Además, este foro tiene un sentido especial para mí, siendo profesor de la asignatura “Procedimientos de Construcción” de los grados de ingeniería civil y de obras públicas, además de la asignatura “Gestión de la innovación en el sector de la construcción”, en el Máster Universitario en Planificación y Gestión en la Ingeniería Civil”. Esperamos que nuestra Universitat Politècnica de València sea en breve miembro activo del PTEC.

Para aquellos de vosotros interesados en la Plataforma Tecnológica Española de Construcción, os remito a su página web: http://www.plataformaptec.com/

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Inauguración del Foro por parte de las autoridades

Lo primero que me gustaría resaltar es la pertinencia del tema elegido. Los procedimientos constructivos forman la piedra angular de la innovación tanto en las empresas constructoras como en todas aquellas otras que les sirven de apoyo tecnológico. Es por ello que el Grupo de Trabajo específico PTEC sobre Procesos de Construcción presenta un valor añadido indudable. Dicho grupo está coordinado por la empresa CYPE Ingenieros, el Instituto Tecnológico de Aragón ITA y la Universidad Politécnica de Madrid. Dentro del Foro presentaron dos trabajos, uno relacionado con la construcción de túneles y otro sobre la rehabilitación de envolventes de edificios. A este respecto me gustaría apuntar que son dos buenas iniciativas, aunque existe un campo muy amplio donde poder avanzar y donde se hace necesaria la participación de más empresas, universidades y centros de investigación.

Alguna de las notas que tomé en las jornadas no tienen desperdicio (algunas me preocupan especialmente):

  • La innovación no es suficiente para ser competitivo. No debe ser un objetivo en sí mismo.
  • El sector de la construcción no es un objetivo prioritario en los planes autonómicos que financian la innovación. Los sectores clave son otros: turismo, salud, productos innovadores (donde la cerámica tiene algo de cancha), la industria del motor, el calzado…
  • Los objetivos del PTEC se centran en la internacionalización, el impulso de la innovación y la mejora de la imagen del sector de la construcción.
  • Opinión de que el sector de la construcción, un sector maduro, no necesita I+D+i, sino inversión.

 

 

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Visita de las instalaciones del ICITECH

El programa seguido fue el siguiente:

Sesión de apertura

 Presidencia:

  • Isabel Bonig. Consellera de Infraestructuras, Territorio y Medio Ambiente de la Generalitat Valenciana
  • Francisco J. Mora. Rector de la Universidad Politécnica de Valencia
  • Juan Lazcano. Presidente del Patronato Fundación PTEC y Presidente de la Confederación Nacional de la Construcción CNC

 Coordinación: Jesús Rodríguez. Director Gerente de la PTEC

 Ponencias:

  • Competitividad e Innovación: La I+D+I en la estrategia de política industrial (Epi 2020, Ris3 CV y Estrategia H2020). José Monzonís, Secretario Autonómico de Industria y Energía, Consellería de Economía, Industria, Turismo y Empleo de la Generalitat Valenciana.
  • Oportunidades para la I+D+i sobre procesos de construcción en el programa I+D+i europeo Horizonte 2020. Rikardo Bueno. Tecnalia.

 1ª mesa redonda “La mejora de los procesos de construcción mediante la innovación en maquinaria y equipos auxiliares”

 Presidencia: Miguel Ángel García Muro. Director General de Investigación e Innovación, Departamento de Industria e Innovación del Gobierno de Aragón.

Coordinación: Benjamín Bentura. ANMPOYC (Asociación de fabricantes exportadores de maquinaria de construcción, obra pública y minería)

Ponencias:

  • Trabajos de la PTEC en la mejora de los procesos de construcción mediante la aplicación de la maquinaria y los equipos auxiliares en la excavación de túneles y en la rehabilitación de la envolvente de los edificios. Carlos Millán (Instituto Tecnológico de Aragón ITA) y Jose Luis Alapont. (Instituto de Restauración del Patrimonio IRP-UPV).
  • Innovación en máquinas de proyección de hormigón para construcciones subterráneas. Ignacio Martínez de Osaba. Putzmeister.
  • Nuevas soluciones en medios auxiliares para la rehabilitación de envolventes de edificios. Mikel Martínez. Ulma Construcción
  • Sistemas innovadores de encofrado y armado para la mejora del proceso de ejecución de elementos complejos de hormigón. Carlos Bárcena. Dragados.
  • Mejoras en los procesos de construcción con mezclas bituminosas. Jesús Felipo. Pavasal

2ª Mesa redonda “La mejora de los procesos de construcción mediante el uso innovador de las tecnologías de la información y comunicación”.

Presidencia: José Vicente Dómine, Director General de Obras Públicas, Proyectos urbanos y Vivienda, Consellería de Infraestructuras, Territorio y Medio Ambiente de la Generalitat Valenciana

Coordinación: Benjamín González. CYPE ingenieros

Ponencias:

  1. El papel de las nuevas tecnologías TIC en la industria. Clara Pezuela. ATOS/Planetic
  2. Las nuevas tecnologías aplicadas a los procesos de construcción. Nuevas tecnologías en seguridad y prevención de riesgos laborales (proyecto FHT). Lisardo M. Fort. CYES.
  3. Nuevos sistemas de prevención colectiva inteligente en entornos dinámicos de infraestructuras lineales(Proyecto Precoil). Octavio Nieto-Taladriz. UPM
  4. Building Information Model (BIM) en el sector de la construcción: BIM, una metodología que revoluciona la forma de hacer los proyectos de construcción. David Carlos Martínez Gómez. IBIM; BIM: Retos nacionales. Fernando Blanco. Acciona.

 Nota: se llevará a cabo una visita a las 16:00 h al Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón ICITECH.

Fue especialmente interesante la visita que se realizó al ICITECH, donde el público asistente pudo comprobar las capacidades de nuestras instalaciones y el trabajo de los grupos de investigación. Os dejo el póster que presentamos nosotros, el grupo de investigación sobre “Optimización de Procedimientos Constructivos”. Espero que os guste.

Lecciones aprendidas en la optimización de estructuras de hormigón y la sostenibilidad

ACHE2014Hoy empieza el VI Congreso Internacional de Estructuras ACHE en Madrid. Es un buen momento para reflexionar sobre las lecciones aprendidas en optimización de estructuras de hormigón y su sostenibilidad. Son reflexiones fruto del trabajo de los últimos 8 años de investigación que permiten establecer algunas conclusiones que creo son de interés para los que nos dedicamos a la ingeniería civil, y en particular, a la investigación sobre el hormigón estructural y las infraestructuras en general.

Toda esta aventura empezó con la lectura de mi tesis doctoral, en el año 2002, sobre optimización de redes de transporte. Elegí este tema al ser profesor de la asignatura de Procedimientos de Construcción y estar interesado en profundizar en aspectos como el movimiento de tierras y la modelización del transporte. La realización de esta tesis me permitió adentrarme en un mundo desconocido para mí que era la optimización heurística y la inteligencia artificial. A pesar de las novedades que presentó la tesis y las publicaciones posteriores, me di cuenta que traspasar la frontera entre el mundo de las ideas a la realidad cotidiana del transporte suponía un reto de un alcance superior: la toma de decisiones en tiempo real en las rutas de distribución requería una actualización constante de gran cantidad de datos: tráfico, congestión, demanda de clientes, stocks, costes variables, etc. El problema no era la optimización, sino la gestión de cantidades masivas de datos que se actualizaban permanentemente.

Sin embargo en aquel entonces me di cuenta de las grandes posibilidades de utilizar estar herramientas en un campo que ha resultado fructífero: las estructuras de hormigón. En efecto, a partir del año 2003 empecé a impartir una asignatura de doctorado novedosa: “Optimización heurística en la ingeniería“, que posteriormente acabó en el Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón llamándose “Optimización heurística de estructuras de hormigón”, de 3 créditos, y que ha acabado en una asignatura de mayor calado denominada “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón“, con 5 créditos. En este sentido, este año estamos terminando nuestro tercer proyecto de investigación competitivo del Ministerio de Ciencia e Innovación denominado HORSOST: “Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo mediante el empleo de técnicas de minería de datos“.

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Desde ese momento he tenido la oportunidad de dirigir tesis doctorales, publicar artículos científicos y presentar ponencias sobre este tema. Algunas de las consecuencias de todo este trabajo, donde ha participado un grupo de más de 15 investigadores, son las siguientes:

  1. Existe una posibilidad clara y real de usar las técnicas de optimización heurística en la optimización económica de estructuras de hormigón. Hemos encontrado muchos casos donde ahorros del 10 al 50% son fáciles de conseguir sin que exista ningún tipo de merma en la seguridad y prestaciones de las estructuras. Estas ventajas económicas son especialmente atractivas en el caso de elementos prefabricados repetitivos y en obras lineales de gran volumen.
  2. Estas técnicas permiten un diseño automatizado de la estructura. Es decir, no es necesario un diseño previo. Los algoritmos de optimización permiten reducir en un breve espacio de tiempo la experiencia adquirida por ingenieros a lo largo de los años, mejorando incluso sus diseños.
  3. La optimización debe incluir no sólo las cargas de la estructura en servicio, sino todo el proceso constructivo y su posible desmantelaje.
  4. Hay que tener un cuidado muy especial con el mal uso de las técnicas de optimización y del ordenador. Ello significa que dejar estos algoritmos a usuarios sin experiencia ingenieril es muy peligroso. La razón es la siguiente: las estructuras óptimas son significativamente más esbeltas. Si se comprueban los estados límite habituales es posible que cometamos errores. Por ejemplo, la optimización de muros de hormigón nos llevó a muros extraordinariamente esbeltos que flectaban enormemente en cabeza. Una limitación en la flecha de 1/150 evitó esta sensación de desplome. Este estado límite no lo suelen comprobar los programas habituales ni los calculistas. Otros estados límite que suelen ser relevantes son los de fatiga, vibración, pandeo, etc. Estas estructuras optimizadas empiezan a parecerse a las estructuras metálicas.
  5. Es muy posible que en breve espacio de tiempo las empresas que desarrollan software comercial introduzcan módulos de optimización en sus programas. Esto puede provocar la aparición de patologías inesperadas en las obras.
  6. Será necesario revisar las normativas actuales. Es muy posible que sea necesario un anexo en la futura EHE en la que se pongan cautelas en el diseñó automático de estructuras óptimas. Habrá que ser cuidadoso en la definición de los estados límite que se deban comprobar.
  7. Es un error optimizar sólo desde el punto de vista económico, debería realizarse análisis multiobjetivo considerando aspectos medioambientales, sociales y de otro tipo.
  8. La optimización abre un campo nuevo, que es la introducción efectiva de la sosteniblidad en el diseño de las estructuras. Si bien el anexo 13 de la EHE-2008 establece unos indicadores para medir la sostenibilidad medioambiental, se trata de una primera aproximación que no contempla la efectiva reducción de aspectos de gran interés: reducción de emisiones de CO2, reducción en el consumo energético necesario, reducción de la huella ecológica, reducción en el uso de materiales, etc.
  9. La reducción de los impactos ambientales se puede realizar actualmente basándose en bases de datos como la del BEDEC (Institut de Tecnologia de la Construcció de Catalunya) u otros similares. Sin embargo, estas bases de datos son actualmente de escaso alcance, con un grupo reducido de materiales y procesos constructivos, no contemplando el ciclo completo de vida de las estructuras, y por tanto debería realizarse un esfuerzo de primer nivel para su actualización y mejora.
  10. Es necesario realizar un esfuerzo importante (tenemos una tesis doctoral en marcha) para valorar la sostenibilidad social de las infraestructuras de la forma más objetiva posible. Este aspecto deber unirse a la sostenibilidad económica y medioambiental.
  11. Los análisis de optimización deben realizarse desde el punto de vista multiobjetivo. Se deben optimizar a la vez aspectos medioambientales, económicos, sociales, de funcionalidad, de seguridad, de durabilidad y otros. Ello significa que existe un área importante de investigación relacionada con la decisión multicriterio. Es decir, se debe dar un paso desde el conjunto de soluciones eficientes desde varios puntos de vista a la decisión final del decisor.
  12. Hay que realizar un esfuerzo de gran calibre para llevar estas técnicas de optimización pensando en el ciclo completo de las infraestructuras. En este sentido, estamos desarrollando también una tesis doctoral que trata de optimizar desde el punto de vista multicriterio el mantenimiento de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida, considerando restricciones presupuestarias.

 

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También nos hemos dado cuenta de una serie de aspectos relacionados con nuestro trabajo, muchos de ellos no tan evidentes, que deberían divulgarse lo más posible para el uso adecuado de los recursos escasos de los que dispone nuestra sociedad:

  1. Los hormigones no convencionales (alta o muy alta resistencia, con fibras, autocompactante, con elevadas adiciones, etc.) proporcionan ventajas a tener muy en cuenta cuando se optimizan las estructuras. Por ejemplo, hemos visto cómo un material caro por su trabajabilidad como puede ser el hormigón con fibras, resulta competitivo desde el punto de vista económico frente a hormigones convencionales. Además, resulta interesante el comportamiento mecánico de las fibras cuando interactúa con la armadura activa del pretensado. Se necesita profundizar en el conocimiento de estos materiales para incluirlos en la optimización.
  2. También hemos comprobado que con incrementos mínimos en el coste (del orden del 1-3%) se puede duplicar o triplicar la durabilidad de las estructuras. Este aspecto es muy importante, pues permite una elevada amortización en los consumos, al alargar la vida útil. Creemos que se debe reformular en la EHE la vida útil de proyecto de las estructuras.
  3. Si bien la fabricación de cementos se ha considerado como un auténtico atentado respecto a la producción de emisiones de CO2, nuestros estudios han comprobado la eficacia de aspectos como la carbonatación y el reciclaje como sumideros de CO2. Debería profundizarse en este tipo de estudios para valorar de forma más precisa y realista los impactos que causa el hormigón cuando se contempla el ciclo de vida completo.
  4. La inteligencia artificial permite algo que, hasta ahora, era muy lento y poco efectivo: Se puede acelerar la obtención de experiencia y saber hacer en las estructuras. Así por ejemplo, generando bases ingentes de estructuras óptimas (digamos puentes pretensados con diversas luces), podríamos aplicar técnicas de minería de datos “data mining” para extraer de las bases de datos generadas información no trivial. Dicho de otra forma, se podrían avanzar fórmulas de predimensionamiento más efectivo que podrían usarse por parte de los calculistas e ingenieros en el diseño diario de sus estructuras. Esta práctica permitiría ahorros sustanciales, tanto económicos como medioambientales.
  5. Por último, insistir en la optimización a lo largo del ciclo de vida. Resulta especialmente importante en los tiempos que corren, tener muy claros los aspectos relacionados con el mantenimiento de las infraestructuras. Los estudios que estamos realizando indican que, incluso con presupuestos altamente restrictivos, es posible optimizar los indicadores de servicio de las infraestructuras si se actúa de forma inteligente.

Para terminar, por si puede ser de interés, os dejo alguno de los artículos más significativos que hemos desarrollado sobre estos temas. Espero que os sean útiles. De todas formas, nos vemos en el congreso ACHE.

  • MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2014). A memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE, (accepted, in press).
  • MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; LUZ, A. (2014). Diseño automático de tableros óptimos de puentes de carretera de vigas artesa prefabricadas mediante algoritmos meméticos híbridos. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.rimni.2013.04.010.
  • TORRES-MACHÍ, C.; CHAMORRO, A.; VIDELA, C.; PELLICER, E.; YEPES, V. (2014). An iterative approach for the optimization of pavement maintenance management at the network level. The Scientific World Journal, Volume 2014, Article ID 524329, 11 pages, http://dx.doi.org/10.1155/2014/524329  (link)
  • GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2014). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures,  11(7):1190 – 1205. ISSN: 1679-7817. (link)
  • GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. The International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link)
  • MARTÍ-VARGAS, J.R.; FERRI, F.J.; YEPES, V. (2013). Prediction of the transfer length of prestressing strands with neural networks. Computers and Concrete, 12(2):187-209. DOI: http://dx.doi.org/10.12989/cac.2013.12.2.187. ISSN: 1598-8198.
  • TORRES-MACHÍ, C.; YEPES, V.; ALCALA, J.; PELLICER, E. (2013). Optimization of high-performance concrete structures by variable neighborhood search. International Journal of Civil Engineering, 11(2):90-99 . ISSN: 1735-0522. (link)
  • MARTÍNEZ-MARTÍN, F.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2013). A parametric study of optimum tall piers for railway bridge viaducts. Structural Engineering and Mechanics, 45(6): 723-740. (link)
  • MARTÍ, J.V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2013). Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing. Engineering Structures, 48:342-352. DOI:10.1016/j.engstruct.2012.09.014. ISSN: 0141-0296.(link)
  • CARBONELL, A.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2012). Automatic design of concrete vaults using iterated local search and extreme value estimation. Latin American Journal of Solids and Structures, 9(6):675-689. ISSN: 1679-7817.  (link)
  • MARTINEZ-MARTIN, F.J.; GONZALEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2012). Multi-objective optimization design of bridge piers with hybrid heuristic algorithms. Journal of Zhejiang University-SCIENCE A (Applied Physics & Engineering, 13(6):420-432. DOI: 10.1631/jzus.A1100304. ISSN 1673-565X (Print); ISSN 1862-1775 (Online).  (link)
  • YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J.; VILLALBA, P. (2012). CO2-Optimization Design of Reinforced Concrete Retaining Walls based on a VNS-Threshold Acceptance Strategy. Journal of Computing in Civil Engineering ASCE, 26 (3):378-386. DOI: 10.1061/(ASCE)CP.1943-5487.0000140. ISNN: 0887-3801. (link)
  • YEPES, V.; PELLICER, E.; ORTEGA, J.A. (2012). Designing a benchmark indicator for managerial competences in construction at the graduate level. Journal of Professional Issues in Engineering Education and Practice ASCE, 138(1): 48-54. ISSN: 1052-3928. DOI: 10.1061/(ASCE)EI.1943-5541.0000075.  (link)
  • CARBONELL, A.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2011). Búsqueda exhaustiva por entornos aplicada al diseño económico de bóvedas de hormigón armado. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 27(3):227-235.  (link) [Global best local search applied to the economic design of reinforced concrete vauls]
  • CARBONELL, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; YEPES, V. (2011). Heuristic optimization of reinforced concrete road vault underpasses. Advances in Engineering Software, 42(4): 151-159. ISSN: 0965-9978.  (link)
  • PEREA, C.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; HOSPITALER, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2010). A parametric study of optimum road frame bridges by threshold acceptance. Indian Journal of Engineering & Materials Sciences, 17(6):427-437. ISSN: 0971-4588.  (link)
  • PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2010). On the Weibull cost estimation of building frames designed by simulated annealing. Meccanica, 45(5): 693-704. DOI 10.1007/s11012-010-9285-0. ISSN: 0025-6455. (link)
  • MARTÍNEZ, F.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A.; YEPES, V. (2010). Heuristic Optimization of RC Bridge Piers with Rectangular Hollow Sections. Computers & Structures, 88: 375-386. ISSN:0045-7949.  (link)
  • YEPES, V.; DÍAZ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; ALCALÁ, J. (2009). Caracterización estadística de tableros pretensados para carreteras. Revista de la Construcción, 8(2):95-109. ISSN: 0717-7925. (link) [Statistical Characterization of Prestressed Concrete Road Bridge Decks].
  • PAYÁ-ZAFORTEZA, I.; YEPES, V.; HOSPITALER, A.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2009). CO2-Optimization of Reinforced Concrete  Frames by Simulated Annealing. Engineering Structures, 31(7): 1501-1508. ISSN: 0141-0296. (link)
  • YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PEREA, C.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2008). A Parametric Study of Optimum Earth Retaining Walls by Simulated Annealing. Engineering Structures, 30(3): 821-830. ISSN: 0141-0296.  (link)
  • PEREA, C.; ALCALÁ, J.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008). Design of Reinforced Concrete Bridge Frames by Heuristic Optimization. Advances in Engineering Software, 39(8): 676-688. ISSN: 0965-9978.  (link)
  • PAYÁ, I.; YEPES, V.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F.; HOSPITALER, A. (2008). Multiobjective Optimization of Reinforced Concrete Building Frames by Simulated Annealing. Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering, 23(8): 596-610. ISSN: 1093-9687.  (link)
  • YEPES, V.; MEDINA, J.R. (2006). Economic Heuristic Optimization for Heterogeneous Fleet VRPHESTW. Journal of Transportation Engineering, ASCE, 132(4): 303-311. (link)
  • PAYÁ, I.; YEPES, V.; CLEMENTE, J.J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2006). Optimización heurística de pórticos de edificación de hormigón armado. Revista Internacional de Métodos Numéricos para Cálculo y Diseño en Ingeniería, 22(3): 241-259. [Heuristic optimization of reinforced concrete building frames]. (link)

Aportaciones al VI Congreso Internacional de Estructuras ACHE

 

Durante los días 3 a 5 de junio de 2014 tendrá lugar en Madrid el VI Congreso Internacional de Estructuras organizado por la Asociación Científico-técnica el Hormigón Estructural (ACHE). Es una magnífica oportunidad de encuentro entre profesionales y especialistas relacionados con las estructuras. Nuestro grupo de investigación no podía faltar a esta cita. Es por ello que, como avance, dejamos a continuación los resúmenes de las comunicaciones que están previstas exponer en el marco de dicho congreso. Os esperamos en el congreso para tener una excusa para compartir ideas.

YEPES, V.;  MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J.; GARCÍA-SEGURA, T. (2014). Diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo: HORSOST.

El objetivo principal del proyecto de investigación HORSOST consiste en desarrollar una metodología que permita establecer criterios de diseño de estructuras realizadas con hormigón no convencional de forma que se maximice su contribución a la sostenibilidad. Para ello se emplean técnicas de análisis inteligente y minería de datos, algoritmos de optimización heurística multicriterio y el análisis del ciclo de vida (elaboración, transporte, procedimientos constructivos, mantenimiento, etc.). La tipología de estructuras objeto del proyecto son los puentes losa y vigas artesa pretensadas, pilas y estribos de puente, marcos y bóvedas de paso de carreteras. El proyecto se centra en hormigones de alta resistencia, reforzados con fibras y autocompactantes. Se analizan y comparan los criterios de diseño sostenible entre los hormigones convencionales y no convencionales para cada una de las tipologías estructurales.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Influencia de la carbonatación y durabilidad en el ciclo de vida del hormigón fabricado con cementos con adiciones.

Este artículo describe la influencia de la carbonatación y la durabilidad en el estudio de las emisiones de CO₂ de un pilar de hormigón armado fabricado con cemento con adiciones. Se han valorado dichas emisiones desde la producción de las materias primas hasta la demolición de la estructura. El uso de cementos con cenizas volantes y escorias de alto horno reduce entre un 20 y 70% las emisiones de producción del cemento. Sin embargo, la absorción de CO₂ por carbonatación disminuye entre un 20 y 80%. Se demuestra la gran influencia de la carbonatación durante la etapa de uso y después de la demolición como material de relleno. Finalmente, se comprueba que las emisiones anuales cuando se utilizan cementos con adiciones son menores. Por tanto, las menores emisiones de producción de los cementos con adiciones compensan la reducción en durabilidad y captura de CO₂ por carbonatación.

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; MARTÍ, J.V. (2014). Optimización multiobjetivo para el estudio de la sostenibilidad del hormigón autocompactante.

El propósito de este artículo es presentar la optimización multiobjetivo como herramienta para el estudio de la sostenibilidad de los hormigones autocompactantes. Se toma como ejemplo una viga en doble T de hormigón de 15 m de luz definida por 20 variables. Una variable recoge ocho posibles dosificaciones de hormigón. Cuatro hormigones convencionales CC y cuatro hormigones autocompactantes SCC representan cuatro clases resistentes. Se utiliza el algoritmo recocido simulado multiobjetivo “Multiobjective Simulated Annealing” (MOSA) para optimizar el coste, las emisiones de CO₂ y la durabilidad. Los resultados muestran la viabilidad económica de las reducciones de las emisiones de CO₂ de las mejoras en durabilidad. Además, las soluciones con menor coste y emisión anual utilizan hormigón autocompactante. Los resultados proporcionan al proyectista estructural criterios para elegir soluciones más sostenibles.

ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; BÁRCENA, A. (2014). Diseño automático de forjados mixtos con chapa nervada, basado en criterios de eficiencia energética y económicos.

Los forjados mixtos con chapa colaborante son una tipología de estructuras horizontales que está experimentando un crecimiento continuo en las últimas décadas. El objetivo de este trabajo consiste en aplicar técnicas heurísticas para optimizar este tipo de forjados. Estos métodos permiten abordar el problema a partir de la definición completa del forjado mixto, al tiempo que se satisfacen las restricciones estructurales exigidas por la normativa. Se han utilizado dos funciones objetivo en la optimización, una económica y otra que cuantifica el consumo energético asociado a cada diseño particular. Se han empleado algoritmos basados en tres metaheurísticas: búsqueda local de descenso (DLS), cristalización simulada (SA) y aceptación por umbrales (TA). Los mejores resultados se han obtenido con el SA. Finalmente, se ha estudiado la sensibilidad del modelo y un estudio paramétrico con diferentes tramos horizontales.

ALCALÁ, J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; RODRÍGUEZ-FACUNDI, A. (2014). Optimización de forjados de losa pretensada utilizando criterios económicos y de sostenibilidad. 

En ese trabajo se muestran las características principales de los forjados de losa postesa obtenidos con técnica heurísticas de optimización estructural. Estos métodos de optimización permiten una definición completa de la estructura, pudiéndose encontrar diseños completos de forjados optimizados tanto con criterios de economía como de sostenibilidad. Los resultados obtenidos en este trabajo muestran una clara tendencia a disponer cantos muy estrictos en los resultados óptimos. Aplicando criterios de sostenibilidad se tiende a hormigones de mayores resistencias que con criterios económicos. Finalmente se han realizado pruebas de sensibilidad a los precios, que muestran mucha independencia de los forjados óptimos frente a las variaciones de precios ensayadas.

DASÍ, M.; YEPES, V.;  LÓPEZ-DESFILÍS, V.J. (2014). Diseño eficiente de pasarelas mixtas basado en criterios sostenibles.

El objetivo de este trabajo ha sido aplicar técnicas de optimización heurística a una pasarela peatonal mixta biapoyada. Se ha elaborado un programa en lenguaje Fortran capaz de generar pasarelas, comprobarlas y evaluar su coste, ya sea económico o en relación con su sostenibilidad (emisiones de CO₂). Se han implementado los siguientes algoritmos: un Randon Walk en dos variantes (RW1 y RW2), un Descent Local Search (DLS), un Simulated Annealing (SA) y un Glowworms Swarm Optimization en dos variantes (GSO1 y GSO2). Se han comparado los resultados en función del menor coste y de la menor emisión de CO₂, con la solución de referencia empleada, encontrando soluciones hasta un 25,40% más económicas atendiendo a criterios de precio y con unas emisiones del 25,44% menores. Finalmente, se ha realizado un estudio de sensibilidad de precios y un breve estudio paramétrico en función de la luz de la pasarela.

MARTÍ, J.V.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, F. (2014). Diseño de tableros isostáticos de puentes de vigas artesa prefabricadas pretensadas con criterios económicos.

Este trabajo describe una aproximación al análisis y diseño de puentes de carreteras de tableros isostáticos de vigas artesa prefabricadas pretensadas con criterios económicos. El procedimiento utilizado para resolver el problema combinatorio es una variante del Recocido Simulado (SA en inglés) con un movimiento de vecindad basado en el operador de mutación de los algoritmos genéticos (SAMO). Este algoritmo se aplica al coste económico de las estructuras, incluyendo las etapas de fabricación, transporte y construcción. El problema contiene 59 variables de diseño. Se realiza un estudio paramétrico para distintas luces de vano y un estudio de sensibilidad del coste de la estructura a la variación de los precios del hormigón y del acero, obteniéndose correlaciones útiles para el predimensionamiento y el diseño de la estructura, y comprobándose la adaptación del modelo a la influencia de la variación de los precios.

 

Aplicaciones relevantes del HRF a nivel español

El catedrático de la Universitat Politècnica de València e investigador del ICITECH, Pedro Serna, impartió una conferencia en el seminario sobre experiencias internacionales del Hormigón Reforzado con Fibras (HRF) que se realizó en la Universidad Politécnica de Catalunya, BARCELONATECH. Fue un seminario donde colaboró la Asociación de Consultores de Estructuras (ACE).

 

 

Oceanogràfic de Valencia. http://oceanografic.wordpress.com/

Os dejo el vídeo realizado por ZIGURAT donde Pedro Serna habla de las aplicaciones relevantes de HRF en el ámbito español. Este ponencia, desarrollada con el peculiar estilo de Pedro, se analiza el uso de este tipo de hormigones tan específicos, sus ámbitos de aplicación y usos más habituales dentro del territorio español, en contraste con las otras ponencias que analizan su uso, contexto normativo, y otros, en otros países.

Tatiana García Segura, primer premio Cemex en sostenibilidad

http://catcemexsost.webs.upv.es/

Hoy me toca hablar de Tatiana García Segura. Es una brillante ingeniera de caminos, canales y puertos, máster en ingeniería del hormigón e investigadora en el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH), que acaba de ganar el primer premio de la Cátedra CEMEX SOSTENIBILIDAD a su Tesis Fin de Máster en materia de sostenibilidad y medio ambiente presentada en el curso 2012-13. La tesis se denomina “Métricas para el diseño eficiente de estructuras con hormigones no convencionales basados en criterios sostenibles multiobjetivo”, dirigida por Víctor Yepes Piqueras y Julián Alcalá González. Dicho trabajo obtuvo la calificación de 10 sobresaliente con matrícula de honor. De este trabajo ya se han aceptado varios artículos internacionales en revistas científicas de primer nivel. Este premio constituye un espaldarazo al proyecto de investigación HORSOST (BIA2011-23602), financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovación, de la cual Tatiana es becaria FPI y yo mismo investigador principal. En este momento Tatiana está desarrollando su tesis doctoral aplicando los resultados obtenidos de su trabajo en el diseño automático de puentes óptimos postesados de sección en cajón basándose en criterios sostenibles multiobjetivo aplicado al ciclo completo de vida de la estructura y utilizando hormigones no convencionales.

Creo que es de interés transcribir a continuación el resumen de dicha Tesis Fin de Máster:

“El diseño eficiente de estructuras de hormigón ha estado ligado con la potenciación de sus características resistentes, constructivas y económicas. Durante las últimas décadas ha habido un incremento en la producción científica relacionada con los hormigones no convencionales. Los hormigones de alta resistencia, autocompactables y reforzados con fibras son cada vez más empleados en el ámbito de la ingeniería civil y la arquitectura. Estos materiales tienen ciertas propiedades como son la alta resistencia, la facilidad de colocación y la durabilidad, que le confieren características adicionales al hormigón convencional. A pesar de ello, se ha detectado un vacío en el conocimiento de las métricas que permiten valorar su contribución a la sostenibilidad.

Existen varias herramientas que permiten analizar la sostenibilidad de un proyecto estructural. Algunas de ellas son capaces de medir el impacto global de una construcción, pero no llegan a discernir entre los distintos tipos de hormigones. Otras permiten la comparación entre hormigones, pero no contemplan el ciclo de vida completo de la estructura. En este trabajo se valoran las distintas herramientas existentes y se propone una metodología que sirva para evaluar la sostenibilidad de una estructura.

Para alcanzar dicho objetivo, se aborde en primer lugar un estado del arte de las metodologías existentes. Seguidamente, se lleva a cabo un estudio del ciclo de vida de una estructura de hormigón para detectar los principales puntos a tratar en el análisis posterior. Asimismo, la descripción y evaluación de las propiedades de los hormigones no convencionales nos conduce a una valoración más precisa. Una vez finalizado el estudio de la metodología se proponen cuatro casos prácticos que consideran el uso de cementos con adiciones, hormigones autocompactables, de alta resistencia y reforzados con fibras. Por último se realiza un estudio estadístico de las variables más influyentes.

La metodología propuesta tiene un enfoque multiobjetivo que contempla las características de los hormigones no convencionales. Además, permite analizar el ciclo de vida completo de la estructura, incluyendo su durabilidad. Se comprueba su eficacia para encontrar estructuras más durables, con menor impacto ambiental y económicamente viables. Finalmente se valora el coste y la emisión anual“.

Referencias:

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J. (2014). Life-cycle greenhouse gas emissions of blended cement concrete including carbonation and durability. International Journal of Life Cycle Assessment, 19(1):3-12. DOI 10.1007/s11367-013-0614-0 (link) (descargar versión autor)

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V.; ALCALÁ, J. (2014). Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm. Latin American Journal of Solids and Structures,  11(7):1190 – 1205. ISSN: 1679-7817. (link)

GARCÍA-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCALÁ, J.; PÉREZ-LÓPEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI: 10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)

 

¿Hormigón casi tan resistente como el acero?

El otro día, entrando al despacho que tienen los doctorandos del Departamento de Ingeniería de la Construcción, vi junto a la mesa de Esteban Camacho una silla realmente sorprendente, pues contrariamente a lo que pudiera parecer, estaba fabricada con hormigón y, aunque uno se sentara encima, increiblemente no se rompía.

Se trata del HMAR (Hormigón de Muy Alto Rendimiento). En realidad, es un nuevo material que se encuentra en proceso de investigación en el grupo del profesor Pedro Serna, del Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la Universidad Politécnica de Valencia. Como dice nuestro amigo Esteban, se trata realmente de un “acero pobre”. Continue reading “¿Hormigón casi tan resistente como el acero?” →