La mayoría de avances alcanzados relacionados con los métodos estandarizados para cuantificar la sostenibilidad de la construcción, están fundamentalmente enfocados a la edificación más que a las infraestructuras, especialmente en su variante residencial. El impacto global de la edificación residencial es el mayor de todos, pues implica a los tres ejes de la sostenibilidad: medioambiental (emisiones de gases de efecto invernadero, derivados de los consumos de calefacción y/o refrigeración para lograr unas condiciones interiores confortables), social (la vivienda es una primera necesidad para las personas) y económico (suele representar el mayor gasto que afronta una persona a lo largo de su vida). Mientras tanto, la obra civil no ha evolucionado igualmente en esta materia. Aunque generalmente se trata de construcciones de mayor envergadura, los impactos sobre la sostenibilidad son mucho más difusos y no tienen una repercusión tan directa sobre la vida diaria de los ciudadanos. Por estas razones, puede explicarse que los métodos de evaluación de la sostenibilidad para la obra civil no estén tan desarrollados como los existentes en la edificación, incluso con cierta dificultad para encontrar referencias sobre este campo. Esto puede implicar de alguna forma un obstáculo para la promoción técnica de los elementos prefabricados de hormigón, en un área que suele estar dominado por ingenieros que, en general, saben apreciar mejor las ventajas funcionales que esta metodología constructiva ofrece con respecto a otras. Este artículo pretende describir las fortalezas que la construcción con prefabricados de hormigón tendrá en el inminente marco reglamentario sobre la sostenibilidad en la obra civil, como vía para mejorar sus posibilidades y lograr una mayor cuota de mercado. También se analizarán algunos de los indicadores de la sostenibilidad que ya aparecen en los borradores de normas actuales.
Referencia:
López-Vidal, A.; Yepes, V. (2015). Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón. Una primera aproximación.PHi Planta de Hormigón Internacional, 5:18-24.
La mayoría de avances alcanzados relacionados con los métodos estandarizados para cuantificar la sostenibilidad de la construcción, están fundamentalmente enfocados a la edificación más que a las infraestructuras, especialmente en su variante residencial. El impacto global de la edificación residencial es el mayor de todos, pues implica a los tres ejes de la sostenibilidad: medioambiental (emisiones de gases de efecto invernadero, derivados de los consumos de calefacción y/o refrigeración para lograr unas condiciones interiores confortables), social (la vivienda es una primera necesidad para las personas) y económico (suele representar el mayor gasto que afronta una persona a lo largo de su vida). Mientras tanto, la obra civil no ha evolucionado igualmente en esta materia. Aunque generalmente se trata de construcciones de mayor envergadura, los impactos sobre la sostenibilidad son mucho más difusos y no tienen una repercusión tan directa sobre la vida diaria de los ciudadanos. Por estas razones, puede explicarse que los métodos de evaluación de la sostenibilidad para la obra civil no estén tan desarrollados como los existentes en la edificación, incluso con cierta dificultad para encontrar referencias sobre este campo. Esto puede implicar de alguna forma un obstáculo para la promoción técnica de los elementos prefabricados de hormigón, en un área que suele estar dominado por ingenieros que, en general, saben apreciar mejor las ventajas funcionales que esta metodología constructiva ofrece con respecto a otras. Este artículo pretende describir las fortalezas que la construcción con prefabricados de hormigón tendrá en el inminente marco reglamentario sobre la sostenibilidad en la obra civil, como vía para mejorar sus posibilidades y lograr una mayor cuota de mercado. También se analizarán algunos de los indicadores de la sostenibilidad que ya aparecen en los borradores de normas actuales.
Referencia:
López-Vidal, A.; Yepes, V. (2015). Hacia la sostenibilidad en la obra civil con soluciones prefabricadas de hormigón. Una primera aproximación.PHi Planta de Hormigón Internacional, 5:18-24.
La semana pasada tuve oportunidad de intervenir en una jornada organizada por el Instituto de la Ingeniería de España donde tuve la ocasión de explicar a grandes rasgos algunos impactos que podría tener el cambio climático en el turismo. Hasta aquí todo normal. Íñigo Losada, director de investigación del Instituto de Hidráulica Ambiental de la Universidad de Cantabria, así como experto del IPCC (Intergovermental Panel on Climate Change) expuso los datos científicos actuales sobre la incidencia del cambio climático en la subida del nivel medio del mar en el litoral español y Ángel Muñoz explicó las acciones que la administración española está tomando al respecto desde el Ministerio de Agricultura y Medio Ambiente.
Independientemente de las causas que originan este fenómeno, sorprende cómo existen colectivos que niegan de forma contundente y sistemática la veracidad de los datos aportados por los científicos. Otros, sin leer los informes científicos al respecto y sin ningún tipo de reflexión, se creen a pie juntillas todo lo que los medios informan, incluido lo del cambio climático. Basta leer los comentarios que en los medios de prensa se dan a cualquier noticia al respecto. Mi impresión es que las redes sociales permiten amplificar cualquier tipo de postura o ideología magnificando el impacto sobre la opinión pública. Parece como si el debate sobre el cambio climático perteneciera al espacio de la opinión y las ideas, donde unos y otros son «creyentes» o «negacionistas» de fenómenos detectados por la Ciencia. Los debates superan cualquier racionalidad y entran en descalificaciones en los dos sentidos que no tienen lógica posible. Incluso este post, donde no estoy entrando en ningún tipo de argumentación a favor o en contra, también será objeto de opinión y debate. Seguro.
El fondo del asunto trasciende el contenido de este post. En numerosas ocasiones la Ciencia sorprende al sentido común y origina fuertes controversias. La Tierra es la que gira alrededor del Sol y la evolución de las especies parece que está más que demostrada. Lo primero parece que se acepta claramente, lo segundo aún hay colectivos que lo niegan. Mi experiencia aplicando la teoría de la evolución a la optimización de estructuras es sorprendentemente positiva, lo cual confirma lo que ya muchos investigadores saben: la validez de los supuestos en los que se basan los algoritmos genéticos. La constatación de que un crecimiento exponencial de la población es insostenible ya fue explicada por Malthus. También esta teoría ha sido duramente criticada, como también denostada por algunos el concepto de sostenibilidad. La Física actual, especialmente la cuántica, nos sorprende constantemente y rebate cualquier tipo de interpretación sensorial de la realidad. La dualidad onda corpúsculo genera una paradoja conceptual que tiene explicaciones en forma de la interpretación de Copenhague, la formulación de integrales de caminos o la teoría universos múltiples. Si una función de onda cuántica colapsa por el hecho de ser medida, ello implica que la existencia material de un objeto sólo es posible si alguien la observa. Paradojas científicas difíciles de entender.
Eppur si muove o E pur si muove (y sin embargo, se mueve, en español) es la hipotética frase en italiano que, según la tradición, Galileo Galilei habría pronunciado después de abjurar de la visión heliocéntrica del mundo ante el tribunal de la Santa Inquisición.
Por mi parte, os dejo tanto la presentación que hice en la jornada como el vídeo completo de las mismas, por si os interesa. También un par de enlaces a medios de prensa donde se recogieron algunas de las conclusiones:
Acaban de publicarnos un artículo muy novedoso sobre la aproximación cognitiva a los problemas de optimización multiobjetivo de las estructuras de hormigón. La revista es Archives of Civil and Mechanical Engineering, que es una revista de alto impacto en el campo de la ingeniería civil, indexada en el JCR en el primer cuartil. El resultado de combinar técnicas de decisión multicriterio junto con la optimización multiobjetivo supone una auténtica revolución en la forma de abordar el diseño de las estructuras. Ya no basta con aplicar la experiencia, la imaginación y las normas para proyectar una estructura. Se hace necesario abordar el problema desde el origen, considerando múltiples perspectivas y buscando soluciones que optimicen a la vez aspectos como los costes, la seguridad, la sostenibilidad, los riesgos laborales, la durabilidad, la estética y tantos otros.
El artículo plantea la metodología básica necesaria para establecer la resolución de este tipo de problemas. Sin embargo se deben potenciar los estudios que permitan valorar los aspectos más subjetivos que intervienen en la decisión de la mejor opción de las posibles. Esta línea de investigación se encuadra dentro del proyecto de investigación BRIDLIFE, del cual soy investigador principal. Además, supone un ejemplo de colaboración con otras universidades, en este caso con la Universidad de Zaragoza.
Referencia:
YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T.; MORENO-JIMÉNEZ, J.M. (2015). A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems.Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4):1024-1036. doi:10.1016/j.acme.2015.05.001
Abstract:
This paper proposes a cognitive approach for analyzing and reducing the Pareto optimal set for multi-objective optimization (MOO) of structural problems by means of jointly incorporating subjective and objective aspects. The approach provides improved knowledge on the decision-making process and makes it possible for the actors involved in the resolution process and its integrated systems to learn from the experience. The methodology consists of four steps: (i) the construction of the Pareto set using MOO models; (ii) the filtering of the Pareto set by compromise programming methods; (iii) the selection of the preferred solutions, utilizing the relative importance of criteria and the Analytic Hierarchy Process (AHP); (iv) the extraction of the relevant knowledge derived from the resolution process. A case study on the reinforced concrete (RC) I-beam has been included to illustrate the methodology. The compromise solutions are obtained through the objectives of economic feasibility, structural safety, and environmental sustainability criteria. The approach further identifies the patterns of behavior and critical points of the resolution process which reflect the relevant knowledge derived from the cognitive perspective. Results indicated that the solutions selected increased the number of years of service life. The procedure produced durable and ecological structures without price trade-offs.
Tras haber cerrado el proyecto de investigación anterior HORSOST, centrado en la optimización de la sostenibilidad de hormigones no convencionales, en este post os paso el resumen del último proyecto de investigación BRIDLIFE: «Toma de decisiones en la gestión del ciclo de vida de puentes pretensados de alta eficiencia social y medioambiental bajo presupuestos restrictivos». Dicho proyecto, del cual soy Investigador Principal, se ha aprobado en la última convocatoria de 2014 del Ministerio de Economía y Competitividad «Proyectos de I+D+I RETOS INVESTIGACIÓN». BRIDLIFE lleva asociado un contrato predoctoral. Se trata de un proyecto de tres años, con 5 investigadores doctores de la Universitat Politècnica de València y 2 investigadores participantes de la Universidad de Colorado (Boulder), de Estados Unidos. Iré contando detalles de este proyecto de investigación a lo largo de los próximos meses.
RESUMEN:
Las vías de comunicación terrestre, y en especial los puentes, son infraestructuras básicas en el desarrollo económico, en el equilibrio territorial y en el bienestar social, cuya construcción, diseño, conservación y desmantelamiento se ven afectados gravemente cuando los presupuestos son restrictivos. Una parte significativa de estos puentes son de hormigón pretensado. Su deterioro y su incidencia en la seguridad son objeto de gran alarma social. Si además el mantenimiento es ineficiente, la reparación conlleva costes mucho mayores. El objetivo principal del proyecto BRIDLIFE consiste en desarrollar una metodología que permita incorporar procesos analíticos en la toma de decisiones en el ciclo completo de vida de puentes de hormigón pretensado, de forma que se contemplen las necesidades e intereses sociales y ambientales.
El diseño de los puentes se realiza de forma secuencial. Tras un predimensionamiento se comprueban todos los estados límites, en un proceso iterativo cuyo resultado en términos de eficiencia económica dependen fuertemente de la experiencia previa del proyectista. Una alternativa es el diseño totalmente automático utilizando técnicas de optimización, capaces de incorporar múltiples funciones objetivo y cuyo resultado es la generación de un conjunto de soluciones eficientes (frontera de Pareto). No obstante, esta metodología sigue presentando limitaciones que el proyecto BRIDLIFE pretende superar.
El empleo de técnicas de análisis del valor y toma de decisiones como MIVES ha supuesto un gran avance en la definición de un indicador de sostenibilidad reflejado en el Anejo 13 de la actual instrucción EHE. Sin embargo, este enfoque queda limitado a aspectos ambientales que tampoco consideran todo el ciclo completo de la vida de una estructura o el uso de hormigones de baja huella de carbono. Es una técnica jerárquica que no contempla las interacciones entre los distintos factores. El aspecto más relevante de BRIDLIFE consiste en incorporar un análisis del ciclo de vida definiendo un proceso de toma de decisiones que integre los aspectos sociales y medioambientales mediante técnicas analíticas de toma de decisiones multicriterio tanto de forma previa a los procesos de optimización multiobjetivo, como posteriormente en la priorización de las soluciones del frente de Pareto. Un análisis crítico de las tareas necesarias para la consecución de este objetivo indica la necesidad de coordinar un grupo multidisciplinar amplio capaz de aglutinar no sólo distintas perspectivas técnicas, sino también distintos intereses, públicos y privados. La actividad se pretende realizar aplicando tecnologías de consenso en red.
Por otra parte, la fuerte limitación presupuestaria presente en momentos de crisis como la actual, compromete seriamente las políticas de creación y conservación de las infraestructuras. Los resultados esperados, tras un análisis de sensibilidad de distintas políticas presupuestarias asociadas a un horizonte temporal, pretenden detallar qué tipologías, actuaciones concretas de conservación y alternativas de demolición y reutilización son adecuadas para minimizar los impactos ambientales y sociales. Ello requiere complementar los inventarios de las emisiones equivalentes de gases de efecto invernadero y consumos energéticos para hormigones de baja huella de carbono, así como identificar y valorar los factores de riesgo que afectan a la seguridad de las personas a lo largo de todo el ciclo de vida de los puentes.
PALABRAS CLAVE:
Toma de decisiones; puentes pretensados; hormigón; análisis del ciclo de vida; sostenibilidad; optimización multiobjetivo.
Estructuras de hormigón de varios edificios en construcción en Zaragoza (España). Wikipedia
RESUMEN: Varios son los sistemas de evaluación de sostenibilidad en edificios de que el proyectista dispone para evaluar la aptitud de su proyecto frente a impactos ambientales. La principal diferencia es la orientación y alcance de los tres tipos de herramientas comparadas. Las herramientas que otorgan certificado al edificio originalmente se orientaban hacia la evaluación de impactos estimados la etapa de ocupación, cuyos impactos serán estimados sobre métricas del diseño en relación a su entorno climático. Posteriormente han incluido entre sus criterios la realización del ACV que valoran sin entrar a cuestionar la posibilidad de reducir impactos iniciales (energía incorporada y emisiones por la construcción). Las exigencias y normativas en cuanto a eficiencia energética han propiciado un mayor conocimiento de éstas además de las actualizaciones Código Técnico de la Edificación al respecto. Por otra parte, las herramientas específicas de ACV para edificación presentan solidez de cuantificación de impactos asociados a la fabricación y construcción, cuyo estudio adquiere mayor relevancia conforme aumentan diseños eficientes energéticamente. Sin embargo la baja familiarización de proyectistas con el proceso de ACV no ha ayudado a difundir su uso. Este análisis subraya las diferencias entre las categorías evaluadas de tres herramientas de evaluación de aplicación en Europa, con el objetivo de hallar qué implicaciones sobre la toma de decisiones del proyectista y en qué grado su criterio como experto se vería influenciado por el peso (puntuaciones) de los criterios y subcriterios. La instrucción española de hormigón estructural EHE-08 provee de un modelo de evaluación de estructuras sostenibles mediante un Indice de Contribución de la Estructura a la Sostenibilidad, cuya utilidad hemos comparado con los sistemas de evaluación genéricos y con los de análisis del ciclo de vida (ACV).
MOLINA-MORENO, F.; YEPES, V. (2015). Comparative analysis of the assessment proposed by sustainability assessment tools in Building Constructions. 6th European Conference on Energy Efficiency and Sustainability in Architecture and Planning, Donostia-San Sebastián (Spain), 29 june – 1 july, pp. 143-148. ISBN: 978-84-9082-174-9
Edificios modernos de Lima. Autor: Luis Perales. https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Edificios_de_Lima_Peru.jpg
La presión demográfica mundial provoca la necesidad imperiosa de buscar alternativas sostenibles en la construcción de edificios. Efectivamente, para el año 2050 se espera que la población mundial alcance los 8900 millones de personas [1], aunque otros estudios indican que en el año 2030 esta cifra será de 9000 millones [2]. El impacto que supone esta fuerte demanda de viviendas al cambio climático es de una magnitud sin precedentes. Según datos de la UNEP (Programa de las Naciones Unidas para el Medio Ambiente) y de la OCDE (Organización para la Cooperación y el Desarrollo Económicos), el entorno edificado, representa un consumo de energía del 25 al 40%, una carga de residuos sólidos del 30 al 40% y una carga de emisión de gases de efecto invernadero del 30 al 40% [3]. En 2007, el entorno edificado consumió cerca del 47% de la energía total en China [4]. En el año 2004, los edificios agotaron, por sí solos, casi el 37% de toda la energía mundial y se espera que esta cifra alcance el 42% en el año 2030 [5]. En la India, el 24% de la energía primaria y el 30% de la energía eléctrica se consume en los edificios [6]. Casi el 10-20 % de la energía total se consume durante la construcción de los edificios, en función de las cantidades y tipos de materiales empleados, tipología de los edificios , los requisitos funcionales, la demanda de energía eléctrica y la vida útil considerada [6,7]. Algunos estudios indican que un edificio con una vida útil entre 40 y 50 años gasta durante su uso entre el 52 y el 82% de toda la energía consumida durante su ciclo de vida. A todo ello hay que añadir que una parte muy importante de los productos que se incorporan en un edificio no se ejecutan «in situ», representando un 75% de la energía necesaria para la construcción, pues son materiales con una alta demanda de energía en su fabricación [8,9].
La industria de la construcción, junto con sus industrias auxiliares, es uno de los mayores consumidores de recursos naturales, tanto renovables como no renovables, que está alterando negativamente el medio ambiente. Agota 2/5 partes de los áridos y 1/4 de la madera, y consume el 40 % de la energía total y el 16 % de agua al año [10,11]. El uso de materiales crece constantemente, con más de 23 mil millones de toneladas de hormigón producido anualmente [12,13]. En 2010, de acuerdo con la International Cement Review [14], la producción mundial de cemento se elevó a alrededor de 3,3 millones de toneladas/año , lo que significa un aumento más del 100% en casi 10 años. La producción mundial de cemento llegó a 1,6 mil millones de toneladas/año en 2001 , lo que corresponde a aproximadamente el 7 % de la cantidad mundial de dióxido de carbono liberado a la atmósfera [15,16]. Otros estudios indican que la contribución de la industria cementera a las emisiones de gases de efecto invernadero supera el 5% del total [17]. En Australia, para mantener la demanda en la construcción, se necesitan cada año aproximadamente 30 millones de toneladas de productos, más del 56 % de esta cantidad es hormigón, y el 6%, acero [18].
¿Qué podemos hacer ante este panorama? Evidentemente, es preciso un cambio de actitud a nivel mundial. La construcción y uso de los edificios va a ser creciente, como acabamos de ver. Por tanto, se hace necesaria la optimización de los recursos para que los impactos sean lo menores posibles. A modo de ejemplo, Struble y Godfrey [19] compararon el impacto ambiental producido por una viga de hormigón y otra de acero. Las de hormigón consumen menos energía y contaminan menos los recursos hídricos, sin embargo, presentan un 10% más de emisiones de CO2, aunque requieren un 60% menos de extracción de minerales [20]. Otras posibilidades pasan por la optimización en el diseño de los edificios [21-27]. Nuestro grupo de investigación ha trabajado durante estos últimos años en esta línea [28-35]. Otras líneas de trabajo tienen que ver con la certificación energética de los edificios [36]. En este sentido, La Comisión Europea, con el fin de racionalizar el uso de la energía en los edificios y aumentar su eficiencia energética, propuso la Directiva 2002/91/CE, que fue refundida en la Directiva 2010/31/UE del Parlamento Europeo y del Consejo.
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[3] Oteiza, I.; Alonso, C. (2008). Análisis y revisión de herramientas para evaluación de la sostenibilidad de la construcción. Actas de las II Jornadas de Investigación en Construcción, pp. 1149-1166. Madrid.
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Hoy lunes 30 de marzo de 2015 se ha defendido con éxito la tesis doctoral de la profesora Cristina Torres Machí denominada «Optimización heurística multiobjetivo para la gestión de activos de infraestructuras de transporte terrestre», que optaba a la doble titulación de doctorado, tanto de la Universitat Politècnica de València (UPV) como de la Pontificia Universidad Católica de Chile (PUC). Los directores de tesis han sido la doctora Marcela Alondra Chamorro Gine (PUC), Eugenio Pellicer Armiñana (UPV) y Víctor Yepes Piqueras (UPV). La calificación ha sido la máxima posible, de sobresaliente «cum laude» por unanimidad.
Os paso el resumen de la tesis:
«A pesar de la importancia de las infraestructuras en el desarrollo económico y social, los recursos disponibles para su conservación suelen ser insuficientes, generando un deterioro acelerado de las mismas. En este contexto surge la disciplina de gestión de activos de infraestructura, que busca optimizar la asignación de recursos para la gestión, operación y conservación de la infraestructura mediante un análisis de su ciclo de vida.
Los criterios tradicionalmente empleados para evaluar las alternativas de conservación han sido los técnicos y económicos. Si bien, recientemente, se han realizado esfuerzos para cuantificar el impacto ambiental; los modelos actuales carecen de un enfoque integrado. Surge así la oportunidad de desarrollar una evaluación sostenible que integre los aspectos técnicos, económicos y ambientales en el ciclo de vida de la infraestructura.
En relación a la asignación óptima de recursos, los métodos mayoritariamente empleados son los de programación matemática y los métodos de optimización aproximada. Dentro de estos últimos, las aplicaciones de algoritmos heurísticos resultan escasas, limitándose a resolver el problema a nivel de proyecto. Estos métodos, sin embargo, han sido exitosamente aplicados para resolver problemas de optimización combinatoria en otros campos de investigación. A esto hay que añadir que las aplicaciones desarrolladas se centran, mayoritariamente, en la optimización de un único objetivo; obviando la naturaleza multiobjetivo del problema real. Se detecta, por tanto, la oportunidad de desarrollar una herramienta de optimización heurística multiobjetivo que, considerando una evaluación sostenible de alternativas, mejore la asignación actual de recursos.
A la vista de estos antecedentes, el objetivo principal de esta investigación consiste en desarrollar una herramienta para la evaluación de alternativas de conservación y la optimización heurística multiobjetivo, que permita una asignación más sostenible y eficiente de los recursos disponibles para la conservación de redes de activos de infraestructura de transporte terrestre. La herramienta propuesta se aplica a un caso de estudio real que consiste en la gestión de una red de pavimentos urbanos en Chile.
De la aplicación de la herramienta de optimización al caso de estudio se concluye que los algoritmos heurísticos basados en búsquedas por entornos resultan poco eficientes para resolver el problema de asignación de recursos de conservación. Ante esta limitación, se desarrolla un nuevo método híbrido que considera los algoritmos GRASP (Greedy Randomized Adaptative Search Procedure), GLS (Guided Local Search) y GFB (Greedy First Best). Además, el método propuesto permite evaluar las alternativas de conservación considerando, de forma integrada, criterios técnicos, económicos y ambientales.
El algoritmo híbrido propuesto diseña programas de conservación con una efectividad media un 9% superior a la obtenida con el algoritmo de búsqueda por entornos más eficaz, requiriendo para ello un menor esfuerzo computacional. En la aplicación al caso de estudio chileno, se observa que el algoritmo híbrido mejora la gestión actual, aumentando en un 22% la condición media de la red y reduciendo, además, las emisiones de CO2 en un 12%.
En términos prácticos, los programas óptimos consideran una política proactiva, en la que los pavimentos se tratan cuando la condición de los mismos aún es buena. Por último, la herramienta propuesta mejora la planificación temporal de los recursos. En base a las evidencias demostradas en el caso de estudio, se concluye que la distribución temporal del presupuesto es un factor clave en el desempeño técnico y ambiental de la red».
Palabras Clave: Sostenibilidad; sustentabilidad; análisis del ciclo de vida; gestión de infraestructura; conservación; preservación.
