sustainable construction archivos - El blog de Víctor Yepes

Evaluación multidimensional de losas aligeradas con plástico reciclado.

Acaban de publicar un artículo nuestro en Environmental Impact Assessment Review, una de las revistas de mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR. En este trabajo se sintetizan los resultados de un estudio exhaustivo sobre un sistema constructivo innovador: las losas biaxiales de hormigón armado aligeradas con esferas o discos de plástico 100 % reciclado (Losa Aligerada, VS). La investigación se enmarca en el proyecto RESILIFE, que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se presenta un resumen del trabajo y de la información de contexto.

La investigación aborda la necesidad crítica de reducir el impacto ambiental del sector de la construcción, responsable de casi la mitad del consumo mundial de materias primas y de más de un tercio del consumo de energía. El estudio integra un análisis estadístico multivariado basado en datos empíricos de 67 edificios reales, así como una evaluación del ciclo de vida ambiental (E-LCA) y una evaluación del ciclo de vida social (S-LCA), para ofrecer una valoración multidimensional completa.

Hallazgos clave:

Modelo predictivo robusto: se desarrolló un modelo estadístico de alta precisión (R² ajustado = 98,26 %) para el predimensionamiento del espesor de las losas aligeradas, utilizando como variables clave el canto del aligerante, la sobrecarga de uso y el cuadrado de la luz. Este modelo ofrece una herramienta práctica para optimizar el diseño en las etapas iniciales.
Ahorro sustancial de materiales: en comparación con un sistema de losa reticular convencional con bloques de EPS (losas convencionales), el sistema VS reduce el consumo de hormigón entre un 23 % y un 33 % y el de acero de refuerzo hasta un 29 %.
Beneficios ambientales cuantificados: el sistema VS demuestra una reducción media del 25 % en el impacto ambiental total a nivel de punto final. El potencial de calentamiento global (PCG) se reduce en media en un 24 %, alcanzando un 30 % en luces de seis metros. El hormigón sigue siendo el principal contribuyente de emisiones en ambos sistemas.
Mejoras en el desempeño social: la S-LCA revela que el sistema VS disminuye los riesgos sociales hasta en un 20 % en la categoría de «Comunidad local» y en un 19 % en la de «Trabajadores». Estas mejoras se deben a una menor demanda de mano de obra en obra, a la reducción de los movimientos de materiales pesados y a una mayor seguridad laboral.

En conclusión, el estudio demuestra empíricamente que el sistema de losas aligeradas con plástico reciclado es una alternativa materialmente eficiente y sostenible que promueve los principios de la economía circular. Los resultados proporcionan una base de pruebas sólida que respalda la adopción de esta tecnología, informa sobre el desarrollo de códigos de construcción y guía las políticas públicas hacia prácticas constructivas más resilientes y con bajas emisiones de carbono.

1. Contexto: El desafío de la sostenibilidad en la construcción.

El sector de la construcción es un importante motor económico a nivel mundial, pero también uno de los principales contribuyentes al cambio climático y al agotamiento de los recursos. Es responsable de aproximadamente el 50 % del uso de materiales y del 36 % del consumo total de energía a nivel mundial. Solo la producción de cemento representa entre un 5 % y un 7 % de las emisiones globales de CO₂. Se prevé que la demanda de materiales superará los 90 mil millones de toneladas para 2050, por lo que resulta imperativo alinear las prácticas constructivas con los Objetivos de Desarrollo Sostenible (ODS) en el marco de la Economía Circular (EC).

Dentro de los edificios, los forjados y las losas estructurales son los elementos que más impacto ambiental tienen debido a la gran cantidad de hormigón y acero que se emplea en su fabricación. Las innovaciones en los sistemas de losas, como los métodos modernos de construcción (MMC), son fundamentales para la descarbonización. Sin embargo, la adopción de estas tecnologías se ve obstaculizada por la falta de marcos de evaluación estandarizados que integren de manera coherente las tres dimensiones de la sostenibilidad: ambiental, social y económica. En particular, la dimensión social a menudo se pasa por alto.

2. Análisis de sistemas constructivos.

El estudio realiza una evaluación comparativa entre un sistema de losa innovador (VS) y otro convencional (CS) desde un enfoque de ciclo de vida integral.

Sistema innovador: losa aligerada biaxial (VS).

Descripción: consiste en una losa plana de hormigón armado bidireccional y sin vigas, aligerada mediante la inclusión de elementos huecos. Dichos aligerantes son esferas o discos fabricados con polietileno de alta densidad (HDPE) reciclado al 100 %. El sistema está diseñado para ser totalmente reciclable al final de su vida útil.
Configuración: Los discos se utilizan en losas de entre 16 y 28 cm de espesor, mientras que las esferas se emplean en losas de entre 28 y 42 cm de espesor. Al eliminar el hormigón no estructural del núcleo de la losa, el peso propio se reduce hasta un 35 % respecto a una losa maciza.
Ventajas: permite luces más largas, reduce las cargas sísmicas, simplifica los encofrados, acelera la ejecución y puede disminuir la altura total del edificio.

Losa aligerada biaxial (VS) mediante la inclusión de elementos huecos.

Sistema de referencia: losa convencional (CS).

Descripción: se define como una losa reticular bidireccional (también llamada «waffle») de hormigón armado, aligerada con bloques de poliestireno expandido (EPS).
Configuración: Este sistema se apoya sobre vigas y presenta nervios visibles en su cara inferior (intradós), ya que los bloques de EPS que conforman dichos nervios quedan expuestos.

3. Metodología de evaluación integrada.

El estudio emplea un marco metodológico triple para evaluar y comparar exhaustivamente los sistemas de losas. El análisis abarca «de la cuna a la tumba» y la unidad funcional se define como 1 m² de losa diseñada para 50 años de servicio.

3.1. Análisis estadístico multivariado.

Para compensar la ausencia de códigos de diseño estandarizados para el sistema VS, se ha desarrollado un modelo predictivo para dimensionar su espesor.

Base de datos: El análisis se basa en datos empíricos de 75 tipos de losas procedentes de 67 edificios reales construidos principalmente en Argentina. El conjunto de datos abarca luces de entre 5,2 y 15 metros y espesores de entre 16 y 42 centímetros.
Proceso: se realizó un análisis de regresión multivariado en tres etapas, comenzando por una regresión lineal simple y avanzando hasta un modelo más complejo que considera múltiples variables predictoras.
Validación: La solidez del modelo final se verificó mediante pruebas estadísticas, como la prueba de Durbin-Watson (para detectar autocorrelación), el análisis de residuos estudiantados (para detectar valores atípicos) y la comprobación de la homocedasticidad y la normalidad de los residuos.

3.2. Evaluación del ciclo de vida ambiental (E-LCA)

Metodología: se utilizó el método ReCiPe 2016 con una perspectiva jerárquica (H), evaluando los impactos a nivel de punto medio (18 categorías específicas) y de punto final (agrupados en tres áreas de daño: salud humana, ecosistemas y disponibilidad de recursos).
Bases de datos y software: el inventario del ciclo de vida se modeló con el programa informático OpenLCA, utilizando la base de datos Ecoinvent v3.2.
Asignación de cargas: para el plástico reciclado, se aplicó el método de asignación «cut-off», según la norma ISO 14044. Esto significa que los aligerantes de HDPE reciclado solo heredan las cargas ambientales de su propio proceso de reciclaje y no las de la producción de plástico virgen.

3.3. Evaluación del ciclo de vida social (S-LCA).

Metodología: el análisis se realizó siguiendo las directrices de UNEP/SETAC y utilizando un modelo coherente con el de la E-LCA.
Bases de datos y software: se utilizó la base de datos SOCA v2, una ampliación de Ecoinvent que adapta el marco de PSILCA (Evaluación del ciclo de vida del impacto social de los productos).
Indicadores y grupos de interés: los riesgos sociales se cuantificaron mediante el indicador de Riesgo Medio por Hora (MRH). Se evaluaron cuatro grupos de interés (trabajadores, comunidades locales, sociedad y actores de la cadena de valor) mediante veinte subcategorías relevantes para el sector de la construcción.

4. Resultados clave y hallazgos

4.1. Modelo predictivo para el predimensionamiento de losas VS.

El análisis estadístico culminó en un modelo de regresión múltiple robusto y preciso para estimar el espesor de la losa (t).

Precisión del modelo: el modelo final (ecuación 3) alcanzó un coeficiente de determinación ajustado (R²) del 98,26 %, lo que indica un poder explicativo excepcional.
Variables significativas: las variables con mayor influencia estadística en el espesor de la losa fueron las siguientes:
– Canto del aligerante de plástico (He).
– Cuadrado de la luz principal (L²).
– Sobrecarga de uso característica (Q₁).

Fórmula simplificada: para facilitar su aplicación práctica en el diseño preliminar, se derivó una fórmula simplificada (ecuación 4) que reemplaza los coeficientes decimales por fracciones simples, manteniendo una alta precisión con un margen conservador.

Ecuación refinada (3): 𝑡 (cm) = 6,0064 + (0,7717 ∙ 𝐻𝑒) + (0,3679 ∙ 𝑄1) + (0,0553 ∙ 𝐿2)

Ecuación simplificada (4): 𝑡 (cm) = 6 + (4/5 ∙ 𝐻𝑒) + (2/5 ∙ 𝑄1) + (𝐿/√18)²

4.2. Resultados de la evaluación ambiental (E-LCA)

La E-LCA demuestra claras ventajas ambientales del sistema VS frente al CS.

Indicador clave	Reducción lograda por el sistema VS	Observaciones
Ahorro de hormigón	23 % – 33 %	La mayor reducción se observa en luces más cortas (6 m).
Ahorro de acero	Hasta 29 %	La mayor reducción se observa en luces de 6 m.
Potencial de calentamiento global (PCG)	24 % (promedio), hasta 30 % (luz de 6 m)	El hormigón es el principal contribuyente (53,5 % en VS, 55,8 % en CS).
Impacto ambiental total (punto final)	25 % (promedio)	Reducciones de hasta el 29 % en salud humana y del 31% en recursos.
Etapa del ciclo de vida dominante	Fabricación	Representa el 89 % del impacto total en ambos sistemas.

Análisis de punto medio: el sistema VS muestra un mejor rendimiento en 17 de las 18 categorías de impacto evaluadas. La única excepción es la categoría «Ocupación de suelo agrícola», ya que la base de datos Ecoinvent atribuye el uso del suelo a los plásticos (incluidos los reciclados). Las reducciones más notables se observan en el agotamiento de fósiles (29 %) y en la formación de oxidantes fotoquímicos (28 %).

4.3. Resultados de la evaluación social (S-LCA)

El sistema VS también genera beneficios sociales cuantificables, principalmente gracias a su eficiencia en el uso de materiales y a la simplificación de los procesos de construcción.

Principales reducciones del riesgo social:
- Comunidad local: reducción de hasta un 20 % (para una luz de 6 m).
- Trabajadores: reducción de hasta un 19 % a una altura de 6 m.
Causas de las mejoras: estas reducciones se deben a la disminución de las horas de trabajo en obra, a la reducción del transporte y del movimiento de materiales pesados y a una menor exposición a riesgos laborales.
Focos de riesgo del sector: para ambos sistemas, las categorías con mayor riesgo social son:
- Trabajadores: factores relacionados con la carga de trabajo, como las contribuciones a la Seguridad Social, los riesgos de trabajo infantil y los gastos sindicales (77 % del impacto en el VS).
- Sociedad: la falta de educación es el factor predominante (76 % del impacto en ambos casos)

5. Implicaciones, limitaciones y conclusiones

Este estudio aporta una validación empírica rigurosa que demuestra que el sistema de losas aligeradas con plástico reciclado constituye un avance significativo hacia una construcción circular y de bajo carbono.

Implicaciones clave:

Para diseñadores e ingenieros, el modelo de predimensionamiento ofrece una herramienta fiable para acelerar la toma de decisiones en las primeras fases del diseño, optimizar el uso de materiales sin comprometer la seguridad.
Para la industria y los reguladores, los datos cuantitativos sobre los beneficios ambientales y sociales pueden informar la creación de nuevos códigos de construcción, guías de diseño y políticas de compra pública verde que incentiven la adopción de la construcción modular.
Contribución a la economía circular: el sistema no solo reduce el consumo de materiales vírgenes, sino que también otorga un uso de alto valor a los residuos de plástico HDPE, inmovilizándolos de forma segura en la estructura del edificio durante décadas y evitando que contaminen los ecosistemas.

Limitaciones reconocidas:

Análisis económico: no se realizó una evaluación del coste del ciclo de vida (LCCA) debido a la falta de datos económicos detallados, lo cual es crucial para su adopción en el mercado.
Contexto geográfico: la mayoría de los casos de estudio (63 de 67) provienen de Argentina, por lo que los resultados reflejan las prácticas constructivas y la combinación energética de este país. Para extrapolar los resultados a otras regiones, sería necesario validarlos con datos locales.
Alcance del análisis: el estudio se centra en el componente (1 m² de losa) y no cuantifica los impactos per cápita según la tipología de vivienda.

Conclusión final:

El sistema de losas aligeradas (VS) con plástico reciclado es una tecnología superior en términos de sostenibilidad multidimensional en comparación con un sistema convencional. Al combinar un análisis estructural empírico con una evaluación medioambiental y social exhaustiva, esta investigación aporta las pruebas necesarias para superar las barreras normativas y acelerar la transición hacia un entorno construido más eficiente en el uso de los recursos, socialmente responsable y alineado con los objetivos de sostenibilidad global.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Multivariate Environmental and Social Life Cycle Assessment of Circular Recycled-Plastic Voided Slabs for Data-Driven Sustainable Construction. Environmental Impact Assessment Review, 118, 108297. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108297

En esta conversación se pueden escuchar algunas de las ideas más importantes del trabajo.

Este vídeo sintetiza algunos de los conceptos y resultados del artículo.

Aquí os dejo un documento de síntesis.

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Dejo para su descarga el artículo completo, ya que está publicado en abierto.

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Modelo para la construcción sostenible: reducción de emisiones y eficiencia estructural hacia 2100

Un artículo reciente en Sustainable Cities and Society revista del primer decil del JCR, explora un innovador modelo de evaluación de la sostenibilidad en la industria de la construcción, con aplicaciones de gran impacto a nivel global.

Esta investigación, llevada a cabo por un equipo de expertos de la Universidad de Ciencia e Ingeniería de Hunan (China) y de la Universitat Politècnica de València (España), introduce el «modelo de acoplamiento multidisciplinar», una metodología que integra conocimientos avanzados de matemáticas, ingeniería, ciencias ambientales y sociología económica para analizar, de manera más precisa, los efectos de la construcción sobre la sostenibilidad a largo plazo. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Objetivos y contexto de la investigación

El trabajo parte de un desafío global urgente: reducir las emisiones de carbono en la industria de la construcción, que representa un porcentaje significativo del consumo energético y de las emisiones contaminantes a nivel mundial. Según estimaciones previas, esta industria generará más del 50 % de las emisiones de carbono para 2050 si no se implementan políticas de mitigación eficaces. En este contexto, el equipo de investigación plantea un enfoque innovador para analizar el ciclo de vida completo de las construcciones, desde la selección de materiales y el diseño, hasta la construcción, el mantenimiento y el desmantelamiento, conocido como evaluación del ciclo de vida (LCA, por sus siglas en inglés).

Además, para obtener una visión integrada que abarque el impacto ambiental, social y económico de cada proyecto, se emplea la evaluación social del ciclo de vida (SIA), que permite analizar los efectos en la sociedad y en la economía. El objetivo principal de la investigación es ofrecer un marco más robusto que ayude a los gobiernos y a las empresas del sector a tomar decisiones informadas que favorezcan el desarrollo urbano sostenible.

Metodología y desarrollo del modelo

Para desarrollar este modelo, los investigadores implementaron una técnica de «acoplamiento multidisciplinar» novedosa que incorpora algoritmos avanzados y teorías de optimización de estructuras en tres dimensiones. Este enfoque se basa en el uso de algoritmos de interpolación y ajuste de datos, capaces de proyectar los impactos de la construcción de manera más precisa. Además, el modelo emplea herramientas de software de análisis ambiental, como OpenLCA, que permite integrar datos económicos y medioambientales para evaluar la sostenibilidad.

El equipo realizó pruebas del modelo en cuatro regiones económicas clave de China: las provincias de Hubei, Jiangsu, Henan y Guangdong, seleccionando puentes de gran escala en cada una como ejemplos de estudio. A través de análisis finitos y optimización de topología de estas estructuras, lograron proyectar cómo variará el impacto ambiental y social a lo largo de los próximos cien años.

Resultados más destacados y proyecciones futuras

Los resultados obtenidos indican que la industria de la construcción en China alcanzará su máximo de emisiones en el año 2030, con un estimado de 2,73 giga toneladas (GT) de CO₂. Tras este pico, se proyecta una significativa reducción de las emisiones, con niveles de -2,78 GT anuales entre 2061 y 2098, debido a la implementación de técnicas de construcción más eficientes y al uso de materiales más sostenibles. A nivel social, la evaluación SIA prevé un pico de impacto en 2048, con 4,26 GT de CO₂ equivalente en afectaciones sociales, seguido también de una reducción en las décadas posteriores.

Para obtener estas cifras, el estudio utilizó un algoritmo de optimización de la estructura en las distintas fases del ciclo de vida, con el que identificó puntos de mejora y áreas críticas de impacto. Así, el modelo no solo ofrece una herramienta para la proyección de emisiones, sino que también permite evaluar el desempeño de cada estructura en términos de durabilidad, coste y adaptabilidad a cambios estructurales, lo cual podría ser crucial en regiones urbanas que experimentan un crecimiento acelerado.

Conclusiones y aplicación global

Este trabajo es una contribución pionera en la investigación sobre sostenibilidad en construcción, ya que ofrece un marco metodológico con potencial para ser replicado en otros países y sectores de la construcción. Su aplicación no solo está dirigida a la reducción de emisiones, sino también a la mejora de la resiliencia estructural y a la reducción de costes a largo plazo mediante un diseño optimizado. Los investigadores destacan que este modelo podría adaptarse a otros países que, como China, se enfrentan a grandes desafíos en la gestión de la sostenibilidad urbana y que buscan avanzar hacia economías bajas en carbono.

En conclusión, el modelo de acoplamiento multidisciplinar de esta investigación establece un estándar robusto para el análisis de sostenibilidad en construcciones complejas. Con este enfoque, gobiernos y empresas de construcción podrían optimizar sus prácticas para reducir los impactos negativos, no solo ambientales, sino también sociales y económicos, en sintonía con las metas de desarrollo sostenible. Este estudio ofrece, además, una guía para que la industria de la construcción pueda abordar sus desafíos actuales y proyectar una trayectoria sostenible para las próximas décadas.

Referencia:

ZHOU, Z.; ZHOU, J.; ZHANG, B.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). The centennial sustainable assessment of regional construction industry under the multidisciplinary coupling model. Sustainable Cities and Society, 101:105201. DOI:10.1016/j.scs.2024.105201

Evaluación del desarrollo sostenible de la industria de la construcción

Nos acaban de publicar en la revista Sustainable Cities and Society (1/68, CONSTRUCTION & BUILDING TECHNOLOGY, primer decil del JCR) un artículo relacionado con la evaluación del desarrollo sostenible de la industria de la construcción regional y nacional.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Se corresponde con la colaboración internacional que mantiene nuestro grupo de investigación con la Hunan University of Science and Engineering, de China. El primer autor, Prof. Zhou, sigue perteneciendo a nuestro grupo de investigación, pues desarrolló con nosotros su tesis doctoral.

Los datos de la investigación muestran que la industria de la construcción en China alcanzará su pico más alto de emisiones, según la evaluación del ciclo de vida en 2030 y tendrá emisiones nocivas entre 2061 y 2098. La evaluación del impacto social indica que se alcanzará su punto máximo en 2048.

Las contribuciones más relevantes de esta investigación son las siguientes:

El artículo innova modelos teóricos, como la «ponderación de la sensibilidad de la respuesta estructural», a través de una investigación interdisciplinaria, que aborda las limitaciones de la precisión de la iteración multifactorial, multidiscreta, con múltiples restricciones y con un bajo acoplamiento.
La investigación proporciona un sistema integral de teoría de la investigación y estándares de referencia para el cálculo científico y la evaluación precisa del desarrollo sostenible de la industria de la construcción en varios países del mundo.
El documento presenta un modelo, el «peso de sensibilidad a la respuesta estructural (SRSW)», que determina de forma precisa e intuitiva los resultados de la evaluación del desarrollo sostenible de la industria de la construcción regional y nacional.
La investigación incluye estudios de casos para demostrar la solidez del modelo, y muestra el pico de emisiones y las emisiones nocivas más altas de la industria de la construcción en China según la evaluación del ciclo de vida más alto.
La investigación contribuye al campo de la investigación sobre sostenibilidad en la industria de la construcción, ya que proporciona información y datos para que los responsables políticos y los profesionales tomen decisiones informadas con respecto al entorno ecológico.

ABSTRACT:

Sustainability research in the construction industry is of great strategic significance to the ecological environment of countries worldwide. This paper innovates theoretical models such as “structural response sensitivity weight” through interdisciplinary research on advanced mathematics, engineering science, computer science, environmental management and economic sociology. The model solves the limitations of multi-factor, multi-discrete, multi-constraint and low coupling iteration accuracy. The article shows the robustness of the model through case studies. The research data shows that the construction industry in China will reach its highest life cycle assessment emission peak of 2.73 GT in 2030 and will have harmful emissions of -2.78 GT between 2061 and 2098. The social impact assessment will peak at 4.26 GT in 2048 and harmful emissions of −3.75 GT per year from 2061 to 2098. This research provides a comprehensive research theory system and reference standards for scientific calculation and accurate assessment of the sustainable development of the construction industry in various countries around the world.

KEYWORDS:

Gross domestic product; Life cycle cost; Life cycle assessment; Social impact assessment; Topology optimization.

REFERENCE:

La editorial ELSEVIER permite el acceso directo y gratuito a este artículo hasta el 8 de marzo de 2024. El enlace para la descarga es: https://authors.elsevier.com/c/1iRse7sfVZE2dg

Optimización multiobjetivo de pasarelas atendiendo a criterios de sostenibilidad y confort del usuario

Acaban de publicarnos un artículo en el International Journal of Environmental Research and Public Health, revista indexada en el JCR. Se trata de la optimización multiobjetivo de pasarelas atendiendo al coste, las emisiones de CO₂ y la aceleración vertical causada por el paso humano. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. Se trata de una colaboración con la universidad Passo Fundo, de Brasil.

La tendencia hacia estructuras más sostenibles se está convirtiendo en una demanda creciente, y los ingenieros pueden aplicar técnicas de optimización para mejorar el proceso de diseño y dimensionamiento. Esto permitirá encontrar soluciones que reduzcan los costos y los impactos ambientales y sociales. En el caso de las pasarelas peatonales, es esencial garantizar el bienestar de los usuarios, además de cumplir con los estándares de seguridad, especialmente en lo que se refiere a las vibraciones humanas. Con este objetivo en mente, se llevó a cabo una optimización multiobjetivo de un puente peatonal de acero y hormigón. Se buscó minimizar el costo, las emisiones de dióxido de carbono y la aceleración vertical causada por la actividad humana. Se aplicó la técnica de Búsqueda de Armonía Multiobjetivo (MOHS) para obtener soluciones no dominadas y crear un Frente de Pareto. Se analizaron dos escenarios con diferentes emisiones unitarias obtenidas de una evaluación de su ciclo de vida en la literatura. Los resultados demuestran que, aumentando el costo de la estructura en un 15%, la aceleración vertical disminuye de 2,5 a 1,0 m/s². Para ambos escenarios, la relación óptima entre la altura del alma y la luz total se encuentra entre Le/20 y Le/16. La altura del alma, la resistencia del hormigón y el espesor de la losa son las variables de diseño que tienen el mayor impacto en la aceleración vertical. Las soluciones Pareto-óptimas mostraron una sensibilidad considerable a los parámetros variados en cada escenario, resultando en un cambio en el consumo de hormigón y en las dimensiones de la viga de acero soldado. Esto destaca la importancia de realizar un análisis de sensibilidad en los problemas de optimización.

Abstract:

The demand for more sustainable structures has been shown as a growing tendency. Engineers can use optimization techniques to aid in designing and sizing, achieving solutions that minimize cost and environmental and social impacts. In pedestrian bridges, which are subjected to human-induced vibrations, it is also important to ensure the users’ comfort, besides the security verifications. In this context, this paper aims to perform a multi-objective optimization of a steel-concrete composite pedestrian bridge, minimizing cost, carbon dioxide emissions, and vertical acceleration caused by human walking. For this, the Multi-Objective Harmony Search (MOHS) was applied to obtain non-dominated solutions and compose a Pareto Front. Two scenarios were considered with different unit emissions obtained from a life cycle assessment in the literature. Results show that by increasing 15% the structure cost, the vertical acceleration is reduced from 2.5 to 1.0 m/s². For both scenarios, the optimal ratio for the web height and total span (L_e) lies between L_e/20 and L_e/16. The web height, concrete strength, and slab thickness were the design variables with more influence on the vertical acceleration value. The Pareto-optimal solutions were considerably sensitive to the parameters varied in each scenario, changing concrete consumption and dimensions of the welded steel I-beam, evidencing the importance of carrying out a sensitivity analysis in optimization problems.

Keywords:

Multi-objective optimization; pedestrian bridge; sustainability; harmony search; carbon emissions

Reference:

TRES JUNIOR, F.L.; YEPES, V.; MEDEIROS, G.F.; KRIPKA, M. (2023). Multi-objective Optimization Applied to the Design of Sustainable Pedestrian Bridges. International Journal of Environmental Research and Public Health, 20(4), 3190. DOI:10.3390/ijerph20043190

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Open Access Book: Trends in Sustainable Buildings and Infrastructure

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.

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Open Access Book: Sustainable Construction II

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, totalmente en abierto, un libro que he editado junto con el profesor, José V. Martí. 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, la construcción sostenible.

Referencia:

YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (Eds.) (2021). Sustainable Construction II. MPDI, 112 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-0365-0484-1

Preface to ”Sustainable Construction”

Construction is one of the main sectors that generates greenhouse gases. This industry consumes large amounts of raw materials, such as stone, timber, water, etc. Additionally, infrastructure should provide service over many years without safety problems. Therefore, their correct design, construction, maintenance, and dismantling are essential to reducing economic, environmental, and societal consequences. That is why promoting sustainable construction has recently become extremely important. To help address and resolve these types of questions, this book is comprised of five chapters that explore new ways of reducing the environmental impacts caused by the construction sector, as well to promote social progress and economic growth. The chapters collect papers included in the “Sustainable Construction II” Special Issue of the Sustainability journal. We would like to thank both the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work, as well as the 18 authors who collaborated in its preparation. The papers cover a wide spectrum of issues related to the use of sustainable materials in construction, the optimization of designs based on sustainable indicators, the life-cycle assessment, the decision-making processes that integrate economic, social, and environmental aspects, and the promotion of durable materials that reduce future maintenance.

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 Construcción, Advances in Civil Engineering, Advances in Concrete Construction, among others).

José V. Martí is an Associate Professor in the Department of Construction Engineering and Civil Engineering Projects at the Universitat Politècnica de València, Spain. Initially, he worked for private companies in the construction sector, business consulting, and financial entities, and later as a freelance professional. He has taught since 1995 and, in many cases, served as the head of subjects in the Master of Civil Engineering, Geodetic Engineering and Topography, and in the degrees in Civil Engineering and PublicWorks. He has educated students on all matters related to the subject of construction procedures, quality, organization of works, and civil engineering machinery. He has participated in nine didactic books, 23 notebooks, 31 articles in teaching congresses, and a teaching innovation project. For his own research activity, he has a book as an author, a book chapter, and a participant in 29 articles in JCR journals. His lines of research are mainly focused on the optimization of structures through the application of metaheuristic techniques, and on the life-cycles and sustainability of structures.

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Open Access Book: Sustainable Construction

Tengo el placer de compartir con todos vosotros, de forma totalmente abierta, un libro que he editado junto con la profesora Tatiana García Segura. Editar libros científicos es una oportunidad para seleccionar los autores y temas que destacan en un ámbito determinado. En este caso, la construcción sostenible.

Además, es gratificante ver que el libro está editado en abierto, por lo que cualquiera de vosotros puede descargarlo sin ningún 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/3740

Referencia:

YEPES, V.; GARCÍA-SEGURA, T. (Eds.) (2021). Sustainable Construction. MPDI, 228 pp., Basel, Switzerland. ISBN: 978-3-0365-0482-7

Preface to ”Sustainable Construction”

Construction is one of the main sectors that generates greenhouse gases. This industry consumes large amounts of raw materials, such as stone, timber, water, etc. Additionally, infrastructure should provide service over many years without safety problems. Therefore, their correct design, construction, maintenance, and dismantling are essential to reducing economic, environmental, and societal consequences. That is why promoting sustainable construction has recently become extremely important. To help address and resolve these questions, this book comprises twelve chapters that explore new ways of reducing the environmental impacts caused by the construction sector and promoting social progress and economic growth. The chapters collect papers in the “Sustainable Construction” Special Issue of the Sustainability journal. We thank the MDPI publishing and editorial staff for their excellent work and the 43 authors who collaborated in its preparation. The papers cover a broad spectrum of issues related to the use of sustainable materials in construction, the optimization of designs based on sustainable indicators, the life-cycle assessment, the decision-making processes that integrate economic, social, and environmental aspects, and the promotion of durable materials that reduce future maintenance.

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 and optimization models for infrastructure asset management. He currently teaches courses in construction methods, innovation, and quality management. He authored more than 350 journals and conference papers, including more than 180 published in journals quoted in JCR. He acted as an expert for project proposal evaluation for the Spanish Ministry of Technology and Science and is a leading 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 Construcción, Advances in Civil Engineering, Advances in Concrete Construction, among others).

Tatiana García-Segura is an Assistant Professor at the Department of Construction Engineering, Universitat Politècnica de València, Spain. She obtained her International Doctorate with outstanding ”cum laude” in 2016. She received the IALCCE (International Association for Life-Cycle Civil Engineering) international award for his scientific contributions and two awards for her Master’s Final Paper on sustainable construction (AEIPRO award and first prize of the Cemex-Sustainability Chair). She has published 24 articles in JCR journals, 30 articles in scientific congresses, has participated in several research projects (one as a PI), and one innovation project.

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Optimización energética de muros de contrafuertes

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.

La importancia de la construcción en el consumo de recursos naturales está llevando a los profesionales del diseño estructural a crear diseños de estructuras más eficientes que reduzcan tanto las emisiones como la energía consumida. En este trabajo se presenta un proceso automatizado para obtener diseños óptimos energéticos de muros de contrafuertes. Se consideraron dos funciones objetivo para comparar la diferencia entre una optimización de costes y una optimización de energía incorporada. Para alcanzar el mejor diseño para cada criterio de optimización, se ajustaron los parámetros del algoritmo. Este estudio utilizó un algoritmo híbrido de optimización simulada para obtener los valores de la geometría, las resistencias del hormigón y las cantidades de hormigón y materiales. La relación entre todas las variables geométricas y la altura del muro se obtuvo ajustando las funciones lineales y parabólicas. Se encontró que la optimización de los costes y de la energía están vinculados. Una reducción de costes de 1 euro lleva asociada una reducción del consumo energético de 4,54 kWh. Para conseguir un diseño de baja energía, se recomienda reducir la distancia entre los contrafuertes con respecto a la optimización económica. Esta disminución permite reducir los refuerzos necesarios para resistir la flexión del alzado. La diferencia entre los resultados de las variables geométricas de la cimentación para los dos objetivos de optimización apenas revela variaciones entre ellos. Este trabajo proporciona a los técnicos algunas reglas prácticas de diseño óptimo. Además, compara los diseños obtenidos mediante estos dos objetivos de optimización con las recomendaciones de diseño tradicionales.

El artículo se ha publicado en abierto, y se puede descargar en el siguiente enlace: https://www.mdpi.com/2076-3417/11/4/1800

ABSTRACT:

The importance of construction in the consumption of natural resources is leading structural design professionals to create more efficient structure designs that reduce emissions as well as the energy consumed. This paper presents an automated process to obtain low embodied energy buttressed earth-retaining wall optimum designs. Two objective functions were considered to compare the difference between a cost optimization and an embodied energy optimization. To reach the best design for every optimization criterion, a tuning of the algorithm parameters was carried out. This study used a hybrid simulated optimization algorithm to obtain the values of the geometry, the concrete resistances, and the amounts of concrete and materials to obtain an optimum buttressed earth-retaining wall low embodied energy design. The relation between all the geometric variables and the wall height was obtained by adjusting the linear and parabolic functions. A relationship was found between the two optimization criteria, and it can be concluded that cost and energy optimization are linked. This allows us to state that a cost reduction of €1 has an associated energy consumption reduction of 4.54 kWh. To achieve a low embodied energy design, it is recommended to reduce the distance between buttresses with respect to economic optimization. This decrease allows a reduction in the reinforcing steel needed to resist stem bending. The difference between the results of the geometric variables of the foundation for the two-optimization objectives reveals hardly any variation between them. This work gives technicians some rules to get optimum cost and embodied energy design. Furthermore, it compares designs obtained through these two optimization objectives with traditional design recommendations.

Keywords:

Heuristic optimization; energy savings; sustainable construction; buttressed earth-retaining walls

Reference:

MARTÍNEZ-MUÑOZ, D.; MARTÍ, J.V.; GARCÍA, J.; YEPES, V. (2021). Embodied energy optimization of buttressed earth-retaining walls with hybrid simulated annealing. Applied Sciences, 11(4):1800. DOI:10.3390/app11041800

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Análisis de ciclo de vida del puente atirantado sobre el río Hun He en Liaoning, China

Acaban de publicarnos un artículo en la revista International Journal of Environmental Research and Public Health (revista indexada en el JCR, en el primer cuartil) sobre el ciclo de vida del puente atirantado sobre el río Hun He, en Liaoning, China.

El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

En este trabajo se estudió impacto ambiental de un puente atirantado de tres torres mediante el software openLCA, y se analizaron más de 23.680 grupos de datos utilizando la cadena de Markov y otros métodos de investigación. La conclusión muestra que el control de la contaminación de los vehículos que pasan y la mejora de la durabilidad de los materiales de construcción son la clave para reducir la contribución del carbono.

ABSTRACT

Due to the rapid growth of the construction industry’s global environmental impact, especially the environmental impact contribution of bridge structures, it is necessary to study the detailed environmental impact of bridges at each stage of the entire life cycle, which can provide optimal data support for sustainable development analysis. In this work, the environmental impact case of a three-tower cable-stayed bridge was analyzed through openLCA software, and more than 23,680 groups of data were analyzed using the Markov chain and other research methods. It was concluded that the cable-stayed bridge contributed the most to the global warming potential value, which was mainly concentrated in the operation and maintenance phases. The conclusion shows that controlling the exhaust pollution of passing vehicles and improving the durability of building materials were the keys to reducing carbon contribution and are also important directions for future research.

KEYWORDS

Greenhouse gas; environmental impact; cable-stayed bridge; life-cycle assessment; sustainable construction

REFERENCE:

ZHOU, Z.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2020). Bridge Carbon Emissions and Driving Factors Based on a Life-Cycle Assessment Case Study: Cable-Stayed Bridge over Hun He River in Liaoning, China. International Journal of Environmental Research and Public Health, 17(16):5953. DOI:10.3390/ijerph17165953

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Optimización de la energía necesaria para construir puentes losa postesados

Acaban de publicarnos en la revista Technologies un artículo que aplica el algoritmo de recocido simulado a la optimización del coste y de la energía empleada en un puente losa postesado con tablero aligerado. Se resuelve un problema complejo de optimización de 33 variables de diseño. Como resultados interesantes cabe señalar que, en ocasiones, las soluciones de menor coste no son necesariamente las que menos energía consumen. El artículo se ha publicado en abierto y se puede descargar en la web. Aquí tenéis la referencia y el artículo completo.

Referencia:

ALCALÁ, J.; GONZÁLEZ-VIDOSA, YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2018). Embodied energy optimization of prestressed concrete slab bridge decks. Technologies, 6(2):43. doi:10.3390/technologies6020043 (link)

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