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.
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.
El puente de Castilla-La Mancha es un puente atirantado que se alza sobre el río Tajo, en Talavera de la Reina (Toledo). Se construyó desde el 2007 al 2011, destacando sus 192 metros de altura. El tablero tiene continuidad en un viaducto de acceso de 408 metros de longitud conformado por 9 vanos y dos únicos cajones de hormigón blanco gemelos. Es un puente que, en estos momentos, destaca por su poco tráfico.
Para ampliar datos sobre este puente, os remito al blog mosingenieros.com. Os dejo a continuación el vídeo presentación de este puente, donde se explica el proceso constructivo en 3D (voxelstudios).
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
Puente del Barranco de la Batalla. Imagen: V. Yepes (2019)
En esta entrada vuelvo a contar algunas anécdotas sobre las infraestructuras que rodean Alcoy, cuna de muchos ingenieros de caminos, entre los que me incluyo. Este puente ferroviario, de la malograda línea de ferrocarril entre Alicante y Alcoy, forma parte de un valioso conjunto de viaductos realizados a finales de los años veinte.
El puente que describimos a continuación, recibe varios nombres, como el puente del Barranco de la Batalla, del Barranco de San Antonio, e incluso, puente de las Siete Lunas. Sin embargo, ésta última acepción lo confunde con el verdadero puente formado por siete arcos que se encuentra dispuesto paralelo al que vamos a describir, a 20 m aguas abajo, en la carretera N-340 entre Alcoy y Alicante. Asimismo, también se llama “de las Siete Lunas” el viaducto más espectacular de todo el trazado ferroviario, que es el situado sobre el río Polop. Es sugerente el nombre de “Barranco de la Batalla”, pues rememora la revuelta entre mudéjares y cristianos en la que el caudillo andalusí Al-Azraq quiso reconquistar la ciudad de Alcoy y que, según la leyenda, tuvo lugar la aparición de San Jorge. De esta tradición surge la famosa fiesta de Moros y Cristianos, declarada de Interés Turístico Internacional. Pero eso es otra historia.
La idea de una linea de ferrocarril entre Alcoy y Alicante tuvo su primer impulso con la Primera República, que el 10 de mayo de 1873 adjudicó el proyecto. Posteriormente, hubo diferentes iniciativas en 1900 y 1902, así como otra del Ayuntamiento de Alcoy en 1908. Tendría que llegar el gobierno de Primo de Rivera, y su ministro de Obras Públicas el conde de Guadalhorce, para que este proyecto se declaró prioritario en un plan nacional.
Este puente, al igual que todos los de la línea férrea, tuvo sus orígenes el la R.O. de 5 de marzo de 1926, en el “Plan preferente de ferrocarriles de urgente construcción“, el conocido como Plan Guadalhorce. Se trataba de 66,200 km de trazado que comprendía la explanación general, obras de fábrica y túneles, y cuyo proyecto lo redactó el ingeniero de caminos D. José Roselló Martí en 1927, puesto que estaba destinado en la 3ª jefatura de Estudios y Construcciones de Ferrocarriles del Sureste de España. Roselló se basó en un proyecto previo de D. Próspero Lafarga, que incluía viaductos metálicos de tramos rectos de 50 m de luz, pero que cambió por viaductos en arco de hormigón armado, más baratos. Aunque la obra empezó y se construyeron túneles y puentes, la crisis de la época paralizó la mayoría de obras en curso, incluida ésta. Nunca más se retomó la obra, aunque hoy día tenemos una fantástica Vía Verde para el disfrute de todos los aficionados. Ya hablamos de este tema en una entrada anterior de este blog.
Puente del Barranco de la Batalla. Imagen: V. Yepes (2019)
Centrándonos en este puente, diremos que tiene una longitud de 69 m y una altura máxima de 20 m sobre el cauce. Se trata de un arco rebajado de 44 m de cuerda y 8,80 m de flecha. En los arranques su espesor es de 1,50 m que se reduce a 1,10 m en la clave, siendo su ancho de 3,60 m. La rasante tiene una pendiente ascendente del 2,1%. Se trata de una obra que salva la dificultad del estrecho paso entre dos túneles de 900 y 1200 m de longitud. El entorno es de roca caliza competente, lo cual permitió esta tipología de arco. Se utilizó un procedimiento constructivo basado en dos castilletes de celosía y poleas diferencias para el montaje de las cimbras y cerchas metálicas. Las cimbras que se utilizaron aquí fueron modificadas de las que se usaron en el viaducto del Cint, en la misma línea. El lector que se interese mayor documentación sobre éste y otros acueductos de esta línea ferroviaria, puede consultar la Revista de Obras Públicas año 1929, páginas 349, 365 y 381.
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.
Entre los buenos momentos de la inauguración de la XXV Semana de la Ingeniería Civil y el Medio Ambiente 2019 #SICMA ayer estuvo la proyección, durante la presentación realizada por el Vicerrector de alumnado, cultura y deportes, José Luis Cueto, de este vídeo que nos dejó sin palabras: “He construido un puente”.
Se trata de una escena de la película Margin Call, en la que un responsable, entre otros, de la gran caída del sistema financiero mundial, un broker, tras ser despedido se plantea lo absurdo del trabajo que ha estado realizando, comparándolo con un trabajo anterior, de ingeniero con el que en lugar de hundir en la miseria a las personas, las ayudó a ahorrar tiempo en sus vidas.
Creo que vale la pena ver estos casi dos minutos impagables.
Acaban de publicarnos en Engineering Structures, revista de ELSEVIER indexada en el primer cuartil del JCR, un artículo en el que hemos propuesto un novedoso método de optimización que acelera los cálculo al emplear Kriging como metamodelo en los cálculos intermedios de las iteraciones de un proceso de optimización heurística. Se ha aplicado en la optimización de la energía requerida para la construcción de un puente en cajón de hormigón pretensado, pero la metodología es aplicable al cálculo de cualquier estructura. Este artículo forma parte del proyecto de investigación DIMALIFE. Como se ha publicado en abierto, os puedo pasar el artículo completo, que os podéis descargar también en la propia revista.
ABSTRACT:
Structural optimization is normally carried out by means of conventional heuristic optimization due to the complexity of the structural problems. However, the conventional heuristic optimization still consumes a large amount of time. The use of metamodels helps to reduce the computational cost of the optimization and, along these lines, kriging-based heuristic optimization is presented as an alternative to carry out an accelerated optimization of complex problems. In this work, conventional heuristic optimization and kriging-based heuristic optimization will be applied to reach the optimal solution of a continuous box-girder pedestrian bridge of three spans with a low embodied energy. For this purpose, different penalizations and different initial sample sizes will be studied and compared. This work shows that kriging-based heuristic optimization provides results close to those of conventional heuristic optimization using less time. For the sample size of 50, the best solution differs about 2.54% compared to the conventional heuristic optimization, and reduces the computational cost by 99.06%. Therefore, the use of a kriging model in structural design problems offers a new means of solving certain structural problems that require a very high computational cost and reduces the difficulty of other problems.
Puente de la Constitución de 1812, Cádiz, en agosto de 2015. TCadizwiki [CC BY-SA 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0)], from Wikimedia Commons
Os dejo en esta presentación una nueva entrevista que me ha realizado el periodista José Antonio García Muñoz, conocido como Ciudadano García, sobre temas de ingeniería. Como ya he comentado en alguna entrada anterior, la labor de divulgación de las ciencias, y en particular de la ingeniería, resulta una tarea agradable y enriquecedora.
La entrevista, en este caso, se ha centrado en la seguridad y el mantenimiento de nuestros puentes. En efecto, una noticia aparecida el 9 de diciembre de 2018 en El País con el siguiente titular “Fomento admite que hay 66 puentes con graves problemas de seguridad” abrió cierta inquietud en la opinión pública sobre la seguridad de nuestros puentes. Esta inquietud irrumpió el agosto pasado con el derrumbe de un puente en Génova (Italia). La pregunta que se hace el ciudadano de a pié es saber si cuando circula por carretera o por ferrocarril nuestras infraestructuras son lo suficientemente seguras.
Tener la oportunidad de comunicar aspectos de nuestra profesión a más de 300.000 oyentes supone todo un reto, más si lo que se busca es transmitir de forma sencilla y para todo el mundo, aspectos técnicos que, a veces, solo somos capaces de hacerlo con colegas o estudiantes. Insisto, todo un reto y una oportunidad que se agradece.
Pues de todo ello hablamos el pasado viernes 14 de diciembre de 2018. Os dejo la entrevista, realizada en directo. Espero que os guste.
Guía para la realización de inspecciones principales de obras de paso en la Red de Carreteras del Estado. Ministerio de Fomento (2012)
Una noticia aparecida el 9 de diciembre de 2018 en El País con el siguiente titular “Fomento admite que hay 66 puentes con graves problemas de seguridad” abrió cierta inquietud en la opinión pública sobre la seguridad de nuestros puentes. Esta inquietud irrumpió el agosto pasado con el derrumbe de un puente en Génova (Italia). La pregunta que se hace el ciudadano de a pié es saber si cuando circula por carretera o por ferrocarril nuestras infraestructuras son lo suficientemente seguras. Además, este desasosiego se acentúa cuando, por una parte, la grave crisis económica que ha sufrido nuestro país ha reducido significativamente los presupuestos dedicados al mantenimiento de las infraestructuras y cuando, además, los datos que el Ministerio de Fomento dispone sobre el estado de los puentes, extraídos de su Sistema de Gestión de Puentes (SGP), no es suficientemente transparente, a diferencia de otros países, como Alemania. La que he denominado como “crisis de las infraestructuras“, en efecto, no es un problema solo de España, sino que afecta de forma generalizada a muchos países de nuestro entorno.
Pues bien, la noticia del 9 de diciembre nos decía que 66 puentes presentan graves problemas de seguridad. La justificación es que, tras la valoración de su estado por expertos, se calculan unos índices (extensión, gravedad y evolución) a los que se aplican algoritmos para obtener una clasificación final que va de 0 a 100. Esos 66 puentes obtenían más de 81 puntos, lo cual significa que presentan “patologías potencialmente graves que pueden afectar a su comportamiento resistente” y son objeto de un seguimiento especial. Teniendo en cuenta que el parque de las obras de paso en España son de casi 23000 puentes, ello supone que un 0,28% de ellos superan el umbral de los 81 puntos. Parecerían pocos puentes, pero bastaría el colapso de uno solo de ellos para que se pudiese reproducir una tragedia como la ocurrida en Génova este verano. Por tanto, no debemos restar importancia a estas cifras. De hecho, nuestro grupo de investigación, a través del proyecto DIMALIFE, está muy preocupado por investigar estos tema.
¿Significa esto que en España nuestros puentes no son seguros? En absoluto. No hay que alarmarse, pero hay que tomar medidas. Lo que le ocurre a cualquier infraestructura (puente, presa, puerto, túnel, hospital, etc.) es que todas ellas, sin excepción, presentan una disminución de sus prestaciones y funcionalidades que, pasado cierto umbral, hace que dejen de ser útiles, finalizando su vida útil. La vida de las infraestructuras se puede prolongar con un adecuado mantenimiento y acometiendo reparaciones, pero llega un momento que el coste de alargar la vida útil puede ser insostenible. Por tanto, los puentes “envejecen”.
Todo el mundo está de acuerdo en que los aviones deben someterse a exámenes periódicos y revisiones profundas, realizadas por expertos, que garanticen la seguridad en vuelo de estos aparatos. Asimismo, también resulta evidente que todas las personas deberíamos someternos a chequeos médicos periódicos para detectar a tiempo enfermedades que, sin una detección precoz, son inevitablemente mortales. Pues lo mismo le pasa a las infraestructuras, que deben acudir de vez en cuando al “médico de cabecera”, que si detecta algún problema grave, manda al paciente al “médico especialista” y éste, en caso necesario, opera al paciente o le somete al tratamiento correspondiente. Pues lo mismo le ocurre a los puentes, donde existen inspecciones básicas o rutinarias, inspecciones principales e inspecciones especiales. De ello ya hablamos en una entrada anterior. Siguiendo con la analogía médica, la “analítica” realizada a los puentes ha mostrado que su “colesterol” está por encima de 250. Ello no significa la muerte inmediata del paciente, pero sí que es necesario un cambio de hábitos (ejercicio físico, dieta alimentaria, etc.) o medicación para reducir dicho índice. En caso de no hacer nada, nuestro puente puede tener un “problema coronario” que puede acabar en un “ataque al corazón”. Por tanto, la buena noticia es que hemos detectado los problemas y ahora se trata de poner a nuestros puentes bajo un “tratamiento médico” estricto.
Para aclarar alguno de los conceptos sobre los que se ha basado la noticia de El País, voy a recoger aquí los aspectos básicos. Están basados en una monografía del Ministerio de Fomento denominada “Guía para la realización de inspecciones principales de obras de paso en la Red de Carreteras del Estado“. Tal y como indica la guía, para cada uno de los daños que existan en un determinado elemento de un puente, se recogen en campo los índices de extensión, gravedad y evolución (apartado 4.5.3). Con estos datos se obtiene, en primer lugar, un Índice de Deterioro para cada daño, que puede tomar un valor entre 0 y 100. Con todos los índices de los deterioros existentes en un puente, se puede valorar el estado de conservación con el Índice de Estado o Condición de la Estructura, que también tiene un valor entre 0 y 100. Existen también índices intermedios para valorar los elementos, componentes y zonas de la estructura, de esta forma se puede localizar rápidamente el origen de la causa de determinado índice en la condición de la estructura.
Los índices de deterioro se dividen en cinco intervalos, con los significados siguientes:
Índice entre 0 y 20: Deterioro sin consecuencias importantes “a priori”
Índice entre 21 y 40: Deterioro que puede tener una evolución patológica o reducir las condiciones de servicio o de durabilidad del elemento si no se repara en el tiempo adecuado.
Índice entre 41 y 60: Deterioro que indica una patología que supone una reducción de las condiciones de servicio o de la durabilidad del elemento.
Índice entre 61 y 80: Deterioro que se puede traducir en una modificación del comportamiento resistente o funcional.
Índice entre 81 y 100: Deterioro que compromete la seguridad del elemento.
De la misma forma, el Índice de Estado de la Estructura se divide en cinco intervalos:
Índice entre 0 y 20: Estructura sin patologías evidentes o con deterioros sin consecuencias relevantes para la durabilidad, condiciones de servicio o seguridad de la estructura.
Índice entre 21 y 40: Estructura con deterioros que pueden tener una evolución patológica que afecte a la durabilidad o a las condiciones de servicio de la estructura. Es conveniente seguir su evolución temporal para su determinación objetiva.
Índice entre 41 y 60: Estructura con deterioros que evidencian una patología que puede suponer una reducción de las condiciones de servicio o de la durabilidad de la estructura. Será necesario seguir la evolución de la patología en las posteriores inspecciones. Puede requerir una actuación a medio plazo para mejorar la durabilidad de la estructura.
Índice entre 61 y 80: Estructura con deterioros o patologías que se pueden traducir en una modificación del comportamiento resistente o una reducción importante de los niveles de servicio. Requiere una actuación a corto-medio plazo. En función de la naturaleza del daño puede requerir una inspección especial.
Índice entre 81 y 100: Estructura con deterioros o patologías que comprometen la seguridad del elemento/estructura. Requiere una inspección especial y una actuación urgente. En algunos casos puede ser necesario una limitación del uso.
Como vemos, los índices establecen pautas para que el gestor decida intervenir en una estructura, realizar estudios especiales, programar actuaciones a medio plazo o asignar presupuestos. Con todo, los inspectores tiene capacidad de ir más allá de esta cuantificación cuando detectan problemas o imponderables difíciles de cuantificar, como por ejemplo, el grado de “actualización” de la estructura a las normas vigentes.
La conclusión es clara. Al igual que los aviones requieren inspecciones periódicas minuciosas para garantizar la seguridad en el vuelo y las personas debemos realizar chequeos médicos periódicos, las infraestructuras (puentes, presas, túneles, puertos, hospitales, estadios de fútbol, etc.) deben someterse a inspecciones programadas y, sobre todo, se debe disponer de un presupuesto suficiente que garantice el mantenimiento y la rehabilitación si fuera necesario. Todo lo que no sea eso, será poner en riesgo no solo la seguridad de las personas, sino el estado de bienestar.
El trabajo se centra en optimizar los costes de pilas rectangulares huecas de viaductos pretensados mediante métodos heurísticos y metaheurísticos, demostrando su efectividad. La evaluación de cada una de las soluciones se lleva a cabo mediante un módulo de comprobación según la instrucción EHE y Eurocódigo 2. El cálculo de esfuerzos se realiza aplicando las cargas de la IAP-98 y la comprobación frente a inestabilidad se hace por el método de Arenas y Villegas. Los métodos heurísticos utilizados son la búsqueda de aceptación por umbrales y las colonias de hormigas. Todos los métodos de búsqueda han sido aplicados a una pila tipo de 23.97 m de altura. Se concluye que la colonia de hormigas es la metaheurística más eficiente de las 4 comparadas.
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.
