Alternativas de diseño para muros de contención de tierras
El diseño sostenible de infraestructuras es uno de los aspectos clave para alcanzar los Objetivos de Desarrollo Sostenible, debido a los impactos tanto económicos como ambientales del sector de la construcción. Las metodologías de decisión multicriterio permiten abordar el diseño sostenible de infraestructuras considerando simultáneamente el impacto de un diseño en las diferentes dimensiones de la sostenibilidad. Este artículo propone el uso de la lógica neutrosófica para resolver uno de los principales problemas asociados a la toma de decisiones: la subjetividad de los expertos implicados. Mediante el enfoque neutrosófico de la metodología AHP multicriterio y el uso de la técnica VIKOR, se analizan los impactos económicos y ambientales asociados a cuatro diseños de muros de contención de tierras.
Referencia:
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic logic applied to the multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for earth-retaining walls. 6th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2021, 1-3 December, Valladolid, Spain.
A lo largo de estos años hemos visto un buen cúmulo de métodos de evaluación de la sostenibilidad en la edificación (MEES). Se trata de un campo donde nos encontramos en plena evolución conceptual, desde un enfoque inicial centrado en los impactos ambientales, hasta la inclusión paulatina de aspectos sociales y económicos de la sostenibilidad.
Todo esto ha llevado a la creación de un nuevo marco establecido por la Comisión Europea en materia de edificación que se conoce con el nombre de Level(s) y que se ha lanzado este mismo año 2021. Pero vamos a empezar contextualizando este tema y veamos después, a grandes rasgos, qué es esto de Level(s).
Se han contabilizado más de 700 métodos, desde la década de los 70, que intentan evaluar el comportamiento y rendimiento del edificio y sus impactos (López et al., 2019). Todos ellos son instrumentos basados en indicadores cuantitativos del rendimiento ambiental, económico, social y de usabilidad de los edificios que, como no puede ser de otra forma, se actualizan constantemente. No se trata solo de evaluar un edificio terminado, sino que estos métodos MEES pretenden una visión holística de la sostenibilidad que empiece desde el proyecto y que termine con el fin de la vida útil del edificio. Resulta en este punto interesante hacer referencia a la tesis doctoral de Carmen Díaz (2021), que realizó una investigación exhaustiva de 101 MEESs y que clasificó estos métodos en tres grupos: Sistemas de evaluación de la edificación sostenible, Estándares de edificación sostenible y Herramientas de evaluación.
Los sistemas de evaluación de la edificación sostenible tratan de evaluar, clasificar y certificar los edificios atendiendo a una serie de parámetros o categorías. En estos sistemas se establece, por tanto, una gradación entre las edificaciones. Un ejemplo sería la certificación LEED (Liderazgo en Energía y Diseño Ambiental, por sus siglas en inglés).
Los estándares de edificación sostenible presentan una exigencia de requisitos mínimos de desempeño y, por tanto, no establece una gradación entre las edificaciones. Sería un catálogo de soluciones constructivas o de buenas prácticas. Tenemos, por ejemplo, el caso del estándar Passivhaus (del alemán, casa pasiva).
Las herramientas de evaluación no evalúan, clasifican o certifican, sino que son un apoyo a otros métodos. Se trata de programas informáticos que simplifican los cálculos. Como ejemplo podemos citar EnergyPlus.
Prioridades de Level(s). https://gbce.es/blog/proyecto/levels/
Pues bien, en este contexto la Comisión Europea lanzó en 2021 un nuevo marco de evaluación voluntario denominado Level(s) que recoge los instrumentos y normas existentes con el objetivo de sensibilidad a las partes interesadas, incrementar el conocimiento, proporcionar un enfoque común, adaptarse al cambio climático y crear un marco de economía circular.
Cada indicador de Level(s) puede utilizarse para distintos tipos de evaluación del comportamiento, desde un nivel de base hasta un análisis del ciclo de vida (ACV) completo. Las prioridades que marcan los indicadores son las siguientes:
Emisiones de gases de efecto invernadero a lo largo del ciclo de vida del edificio.
Ciclos de vida de los materiales que sean circulares y eficientes en cuanto al uso de recursos.
Uso eficiente de los recursos hídricos.
Espacios sanos y confortables.
Adaptación y resiliencia al cambio climático
Coste y valor del ciclo de vida.
El proyecto se divide en 6 macroobjetivos y 16 indicadores distribuidos en tres áreas temáticas según su comportamiento. Además, Level(s) esta estructurado en tres niveles que se comportan de la siguiente manera:
Nivel 1: Nivel simple de tipo diseño conceptual del proyecto de construcción. Evaluación cualitativa para el diseño y la presentación de informes. Nivel 2: Nivel intermedio de tipo diseño detallado y desempeño de la construcción del edificio. Evaluación cuantitativa del rendimiento diseñado y el seguimiento de la construcción de acuerdo con unidades y métodos estandarizados. Nivel 3: Nivel avanzado de tipo desempeño tal como fue construido y el uso de cómo se desempeña el edificio después de la finalización y entrega al cliente. Evaluación cuantitativa del rendimiento del diseño y el seguimiento de la construcción de acuerdo con unidades y métodos estandarizados.
Visión general del marco de Level(s). https://itec.es/infoitec/sostenibilidad/levels-el-marco-europeo-para-edificios-sostenibles/
En este vídeo se explica, brevemente, en qué consiste Level(s).
Os paso un vídeo donde se explica la experiencia española sobre la propuesta Level(s). Espero que os sea de interés.
Referencias:
López, C. D., Carpio, M., Martín-morales, M., Díaz López, C., Carpio, M., Martín-morales, M., Zamorano, M. (2019). A comparative analysis of sustainable building assessment methods. Sustainable Cities and Society, 49, 101611. https://doi.org/10.1016/j.scs.2019.101611
Díaz-López, C. (2021). Sustainable building assessment methods: adaptation to climate change and implementation strategies. Tesis doctoral, Universidad de Granada.
Como suele ser habitual, nuestro grupo de investigación suele presentar algunos de sus trabajos en la Conferencia Internacional sobre Modelos Mecánicos en Ingeniería Estructural. Estamos ya en la sexta edición, la CMMoST 2021, que se va a desarrollar del 1 al 3 de diciembre de 2021 en Valladolid (España). Se trata de un congreso bianual que, como bien indica su blog de presentación, es una excelente oportunidad para presentar a nivel internacional vuestros proyectos y compartir experiencias en el campo de los modelos mecánicos en la ingeniería estructural. CMMoST 2021 va dirigido tanto a investigadores como a profesionales dedicados al desarrollo y aplicación de modelos mecánicos en la ingeniería estructural. De este modo, ingenieros, arquitectos y otros expertos y profesionales relacionados con los modelos estructurales tienen cabida en este congreso internacional.
En esta ocasión, nos presentamos con dos comunicaciones que son parte de la investigación realizada en sendas tesis doctorales en marcha. A continuación os paso el resumen de los dos trabajos. Más adelante os pasaré las comunicaciones completas.
MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2021). Composite bridge deck optimization with trajectory-based algorithms. 6th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2021, 1-3 December, Valladolid, Spain.
ABSTRACT
Bridge optimization can be difficult due to the large number of variables involved in the problem. In this work, the optimization of a steel‐concrete composite box girder bridge has been performed considering cost as objective function. To achieve this objective, Simulated Annealing (SA) has been applied as an example of trajectory‐based algorithm for the optimization of the structure. It is observed that the addition of cells to the bridge cross sections improves not only the section behavior but also the optimization results. Finally, it is observed that the proposed double composite‐action design materializing slabs on the bottom flange on supports, allows eliminating the continuous longitudinal stiffeners. This method automatize the optimization process of an initial design of a composite bridge, which has traditionally been based on the technician’s own experience, allowing to reach results in a more efficient way.
SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2021). Neutrosophic logic applied to the multi-criteria evaluation of sustainable alternatives for earth-retaining walls. 6th International Conference on Mechanical Models in Structural Engineering, CMMoST 2021, 1-3 December, Valladolid, Spain.
ABSTRACT
The sustainable design of infrastructures is one of the key aspects for the achievement of the Sustainable Development Goals, given the recognized magnitude of both the economic and environmental impacts of the construction sector. Multi-criteria decision methodologies allow addressing the sustainable design of infrastructures, simultaneously considering the impact of a design on the different dimensions of sustainability. This article proposes the use of neutrosophic logic to solve one of the main problems associated with decision making: the subjectivity of the experts involved. Through the neutrosophic approach of the AHP multi-criteria methodology and the use of the VIKOR technique, the economic and environmental impacts associated with four earth retaining wall designs are analyzed. In the present assessment, the most sustainable response over its life cycle has been found to be the gabion wall.
Figura 1. Demolición de edificios. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Seneca_County_Courthouse_01_26.JPG
La construcción de infraestructuras y edificios, la reforma de pequeñas obras en viviendas y locales, así como la demolición de infraestructuras o edificios que ya han cubierto su ciclo de vida útil generan residuos. En España estamos hablando de unos 800 m3 por persona y año (Bustillo, 2010), volumen que, en su mayor parte, pasan a vertederos controlados o incontrolados. Estos residuos de construcción y demolición (RCD) son en su mayoría inertes, pero pueden estar mezclados con otros residuos que son peligrosos, como el amianto, los cuales deben separarse y gestionarse de acuerdo con su peligrosidad. Estos residuos constituyen un importante problema ambiental, pues no solo crecen en volumen, sino que su tratamiento y gestión presentan importantes áreas de mejora. En efecto, la contaminación de suelos y acuíferos en vertederos incontrolados, el deterioro paisajístico o su eliminación sin aprovechar su posible valorización, son impactos que deberían corregirse.
La gestión de estos residuos RCD debería realizarse atendiendo a los principios de prevención, reutilización, reciclaje y eliminación. Existe, no obstante, cierta jerarquía en estos principios, siendo preferible siempre la prevención, y si no fuera posible la reutilización o el reciclaje, se procedería a su eliminación. La prevención siempre tratará de evitar la generación de residuos o reducirlos; la reutilización trata de emplear el producto usado para el mismo fin para el que se diseñó originariamente; el reciclado transforma los residuos, dentro de un proceso de producción, para su fin inicial o para otros fines; la valorización permite el aprovechamiento de los recursos contenidos en los residuos sin comprometer la salud y sin utilizar métodos que perjudiquen al medio ambiente; por último, la eliminación se dirige al vertido de los residuos o a su destrucción total o parcial (Ferrando y Granero, 2007).
En todo caso, se trataría de separar los inertes de los productos peligrosos para aprovecharlos. Sin embargo, el problema no es tanto la peligrosidad de los RCD, sino la necesidad de infraestructuras y espacio para su gestión. Según el Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición 2001-2006 (ver Figura 2), el 75% de los RCD se catalogarían de escombros, donde los ladrillos, azulejos y otros productos cerámicos suponen el 54% del total de los RCD. Si a los materiales cerámicos sumamos el hormigón, con un 12% del total del RCD, tendremos 2/3 del total. Si añadimos la piedra (5%) y la arena, grava y otros áridos (4%), tenemos la totalidad de los escombros. El 25% restante ya estaría formado por otros materiales como la madera, el vidrio, el plástico, los metales, etc. Por tanto, si se es capaz de realizar una gestión completa de los escombros, especialmente de los productos cerámicos y del hormigón, podemos tendremos la mayor parte del volumen de los RCD bajo control.
Figura 2. Composición de los RCE según el Plan Nacional de Residuos de Construcción y Demolición 2001-2006. http://www.cedexmateriales.es/catalogo-de-residuos/35/residuos-de-construccion-y-demolicion/
Lo dicho nos lleva a la necesidad de comercializar los productos reciclados, especialmente los áridos. Pero aquí tropezamos con problemas cuando, a pesar de existir especificaciones técnicas voluntarias y certificados que acreditan la calidad de los áridos reciclados, se mantiene una desconfianza de profesionales y administraciones al uso de estos productos en la construcción. Resulta evidente la necesidad de promocionar el reciclaje y uso de los RCD. Sin embargo, mientras el canon de vertido en una planta de valorización sea elevado frente al de un vertedero, por ejemplo, pueden suponer barreras para la gestión de estos residuos procedentes de la demolición y la construcción.
Os dejo algún vídeo al respecto de este tema. Espero que os sea de interés.
A continuación os dejo, por su interés, el protocolo de gestión de residuos de construcción y demolición en la UE.
Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con Ignacio J. Navarro. La labor de editar libros científicos es una oportunidad de poder seleccionar aquellos autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, sobre las tendencias en las infraestructuras y la construcción sostenible.
Además, resulta gratificante ver que el libro se encuentra editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros os lo podéis descargar sin ningún tipo de problema en esta entrada del blog. También os lo podéis descargar, o incluso pedirlo en papel, en la página web de la editorial MPDI: https://www.mdpi.com/books/pdfview/book/3854
Referencia:
YEPES, V.; NAVARRO, I.J. (Eds.) (2021). Trends in Sustainable Buildings and Infrastructure. MPDI, 272 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-0365-0914-3
Preface to ”Trends in Sustainable Buildings and Infrastructure”
The Sustainable Development Goals agreed by the United Nations in 2015 advocate for a profound paradigm shift in the way that infrastructures are designed. Actual practices usually fall short in assessing issues beyond the economic ones. Aspects such as the environmental impacts resulting from the life cycle of our structures, as well as the positive and negative effects that their construction and maintenance can have on society, are new criteria that need to be effectively included in our designs by 2030. To face such a challenging task, actual practices need to be reinvented, approaching the design of infrastructures from a holistic perspective that simultaneously integrates each of the three dimensions of sustainability, namely economy, environment and society. This book comprises 11 chapters that explore the actual sustainability-related trends in the construction sector. The chapters collect the papers included in the Special Issue “Trends in Sustainable Buildings and Infrastructure” of the International Journal of Environmental Research and Public Health. We would like to thank both the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work, as well as the authors who have collaborated in its preparation. The papers included in this book cover a broad range of topics directly related to the sustainable design of infrastructures, addressing maintenance design criteria towards sustainability, life-cycle-oriented building and infrastructure design, design optimization based on sustainable criteria, inclusion of the social dimension in the design of infrastructures and the application of decision-making processes that effectively integrate the three dimensions of sustainability, resilience and the use of sustainable materials.
About the Editors
Víctor Yepes is a full professor of Construction Engineering; he holds a Ph.D. in civil engineering. He serves at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain. He has been the Academic Director of the M.S. studies in concrete materials and structures since 2007 and a Member of the Concrete Science and Technology Institute (ICITECH). He is currently involved in several projects related to the optimization and life-cycle assessment of concrete structures, as well as optimization models for infrastructure asset management. He currently teaches courses in construction methods, innovation, and quality management. He has authored more than 250 journals and conference papers, including more than 100 published in journals quoted in JCR. He acted as an expert for project proposal evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science, and he is a main researcher in many projects. He currently serves as an Editor-in-Chief for the International Journal of Construction Engineering and Management and a member of the editorial board of 12 other international journals (Structure and Infrastructure Engineering, Structural Engineering and Mechanics, Mathematics, Sustainability, Revista de la Construcci´on, Advances in Civil Engineering, Advances in Concrete Construction, among others).
Ignacio Navarro Martíınez holds a Ph.D. degree in civil engineering. He works at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Valencia, Spain. He has published 11 articles and 9 conference papers in JCR journal. He combines his research activity with his professional career as a structural designer. During his professional experience, he has been dedicated to the calculation of steel and concrete structures related to renewable energies, especially in the field of wind energy, both onshore and offshore, as well as to the calculation of road and port structures. He has specialized in the numerical calculation of steel and concrete structures in onshore and offshore environments.
Va siendo habitual mi labor de divulgación en medios de comunicación, sobre todo de la radio. Este es el caso de Radio Nacional de España, donde David Sierra conduce un programa de divulgación científica denominado “Dos trillones de átomos”. Es tremendamente interesante, aunque se emite los domingos de 4:00 a 5:00 horas en la madrugada
En este programa, me realizaron una entrevista sobre las infraestructuras sostenibles, pero hablamos de muchas más cosas como la “dureza de los estudios de ingeniería de caminos”, la errónea visión de la construcción como “cultura del ladrillo”, la “internacionalización de las empresas constructoras españolas”, la “inteligencia artificial”, los “gemelos híbridos” y mucho más. Espero que os guste mi apuesta de la ingeniería como “cultura del bienestar”. Os dejo el podcast por si os interesa.
Nos acaban de publicar en la revista Sustainaibility (segundo cuartil en Web of Science) un artículo donde se aplica la toma de decisiones multicriterio y el análisis de ciclo de vida para seleccionar viviendas de bajo coste 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 recientemente.
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.
Próximamente se van a desarrollar dos sesiones de las I Jornadas de la gestión de las arenas en el litoral español. Se trata de un evento organizado por el Comité de Ingeniería y Gestión de la Costa de la Asociación Técnica de Puertos y Costas (ATPyC). A estas jornadas me han invitado para impartir una charla denominada “Valor económico de la costa: su peso en la economía española“, que tendrá lugar el 29 de abril de 2021, a las 10:45 horas.
La construcción es uno de los responsables de los niveles actuales de estrés ambiental, pero también se reconoce como un sector esencial para promover el bienestar humano, el acceso a la educación o la la erradicación de la pobreza mediante el desarrollo de infraestructuras y servicios. Por ello, desde el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015, los arquitectos e ingenieros civiles se han erigido como actores clave para el futuro sostenible al que aspiramos. Sin embargo, la complejidad de la sostenibilidad reclama cambios fundamentales en los actuales planes de estudio universitarios para formar profesionales que puedan afrontar dicho reto. Los cursos universitarios convencionales de ingeniería y arquitectura suelen quedarse cortos a la hora de proporcionar una educación holística en la que los estudiantes perciban adecuadamente la relevancia de considerar no sólo los requisitos funcionales de sus diseños, sino también sus consecuencias sociales y medioambientales. La presente comunicación pretende ofrecer una herramienta de evaluación para detectar las principales lagunas en la formación de estos profesionales a partir de las percepciones de los estudiantes de posgrado sobre el diseño sostenible. Se realiza una encuesta a los alumnos de los posgrados “Modelos predictivos y optimización de estructuras de hormigón” del Máster Universitario en Ingeniería del Hormigón, y “Gestión de la innovación en el sector de la construcción” del Máster en Planificación y Gestión en Ingeniería Civil, ambos impartidos en la Universidad Politécnica de Valencia. La consistencia de las respuestas se evalúa de forma objetiva a partir del método del Proceso Analítico Jerárquico, sacando a la luz los campos educativos en los que se debe poner especial empeño a la hora de adaptar los planes de estudio universitarios hacia la educación en sostenibilidad.
Figura. Matriz AHP completa
Referencia:
NAVARRO, I.J.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; YEPES, V. (2021). Engineering and architecture postgraduate student’s perceptions on sustainable design. 15th annual International Technology, Education and Development Conference (INTED 2021), 8th-9th March, 2021, pp. 2554-2563, Valencia, Spain. ISBN: 978-84-09-27666-0
Acaban de publicarnos un artículo en la revista Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. En este caso hemos aplicado la teoría neutrosófica a la toma de decisión multicriterio. La nueva propuesta se ha aplicado al problema del proyecto más sostenible para un un tablero de puente de hormigón pretensado situado en una región costera. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.
Tras el reciente establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible y de la Agenda 2030, el diseño sostenible de productos en general, y de infraestructuras en particular, surge como un campo desafiante para el desarrollo y la aplicación de herramientas de toma de decisiones multicriterio. Los problemas de decisión relacionados con la sostenibilidad suelen implicar, por definición, una gran variedad en cuanto a número y naturaleza de criterios conflictivos, lo que nos sitúa en el límite de la aplicabilidad de las herramientas convencionales de toma de decisiones multicriterio. Cuanto mayor sea el número de criterios y más complejas sean las relaciones existentes entre ellos en un problema de decisión, menos precisos y seguros serán los juicios requeridos por los métodos habituales, como el proceso de jerarquía analítica (AHP). El presente trabajo propone una metodología de finalización del AHP neutrosófico para reducir el número de juicios que debe emitir el decisor. Esto aumenta la consistencia de sus respuestas, a la vez que tiene en cuenta las incertidumbres asociadas a la borrosidad del pensamiento humano. El método se aplica a un problema de diseño sostenible, dando como resultado unas estimaciones de pesos que permiten reducir hasta un 22% las comparaciones requeridas convencionalmente, con una precisión media inferior al 10% entre las estimaciones y los pesos resultantes de una matriz AHP completada convencionalmente, y un error estándar medio de la raíz inferior al 15%.
Abstract:
After the recent establishment of the Sustainable Development Goals and the Agenda 2030, the sustainable design of products in general and infrastructures in particular emerge as a challenging field for the development and application of multicriteria decision-making tools. Sustainability-related decision problems usually involve, by definition, a wide variety in number and nature of conflicting criteria, thus pushing the limits of conventional multicriteria decision-making tools practices. The greater the number of criteria and the more complex the relations existing between them in a decisional problem, the less accurate and certain are the judgments required by usual methods, such as the analytic hierarchy process (AHP). The present paper proposes a neutrosophic AHP completion methodology to reduce the number of judgments required to be emitted by the decision maker. This increases the consistency of their responses, while accounting for uncertainties associated to the fuzziness of human thinking. The method is applied to a sustainable-design problem, resulting in weight estimations that allow for a reduction of up to 22% of the conventionally required comparisons, with an average accuracy below 10% between estimates and the weights resulting from a conventionally completed AHP matrix, and a root mean standard error below 15%.
