TOPSIS archivos - El blog de Víctor Yepes

Rehabilitación sostenible de edificios costeros de hormigón: ¿cómo optimizar el mantenimiento?

Acaban de publicar un artículo nuestro en Environmental Impact Assessment Review, una de las revistas con mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR. En este trabajo se aborda, desde un enfoque innovador, la optimización de los intervalos de mantenimiento reactivo en edificios costeros construidos con métodos modernos de construcción (MMC). La investigación se enmarca dentro del proyecto RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València. A continuación, se muestra un resumen del trabajo e información de contexto.

Quienes trabajamos en ingeniería de la construcción sabemos que los entornos costeros son un auténtico reto. La combinación de humedad, salinidad y vientos cargados de cloruros acelera la corrosión de las armaduras en el hormigón armado. Como consecuencia, estructuras tan comunes como hoteles de playa, bloques residenciales o edificios públicos junto al mar sufren un deterioro prematuro que reduce su vida útil, incrementa los costes de reparación y pone en riesgo la seguridad estructural.

Tradicionalmente, la industria de la construcción ha centrado sus esfuerzos en reducir el impacto ambiental de los materiales y de la fase inicial de obra, dejando en segundo plano la importancia del mantenimiento y la rehabilitación. Sin embargo, cada vez está más claro que prolongar la vida útil mediante estrategias de conservación es clave para lograr ciudades sostenibles.

La pregunta de partida

El equipo investigador se planteó la siguiente cuestión central: ¿qué combinación de diseño preventivo y mantenimiento reactivo permite alargar la vida útil de un edificio costero de hormigón armado de la forma más sostenible, equilibrando costes, impacto ambiental y repercusiones sociales?

Para responderla, compararon doce alternativas de diseño que mejoran la durabilidad frente a los cloruros y analizaron distintas estrategias de reparación en función del nivel de deterioro.

La aportación más destacada

Lo más novedoso del trabajo es la integración de un análisis del ciclo de vida (LCA) con un modelo de ayuda a la decisión basado en FUCOM-TOPSIS. Este enfoque híbrido no solo cuantifica los costes de construcción y mantenimiento, sino también los impactos ambientales (emisiones, recursos y salud humana) y sociales (seguridad de los trabajadores, generación de empleo, molestias a usuarios y a la comunidad local).

En otras palabras, el modelo permite determinar qué intervalos de mantenimiento reactivo son óptimos para cada diseño año tras año y compararlos desde una perspectiva de sostenibilidad global.

Cómo se ha llevado a cabo

Caso de estudio: un módulo de hotel en Sancti Petri (Cádiz), construido con losas aligeradas tipo Unidome mediante MMC.
Diseños preventivos analizados: desde adiciones (humo de sílice, cenizas volantes), cementos resistentes a sulfatos, reducción de la relación agua/cemento o mayor recubrimiento, hasta soluciones más avanzadas como aceros galvanizados o inoxidables.
Estrategias de mantenimiento: cuatro niveles de intervención, desde reparaciones superficiales hasta sustitución de armaduras corroídas.
Modelización: se aplicó el modelo de corrosión de Tuutti para estimar periodos de iniciación y propagación del daño.
Criterios de evaluación: ocho en total (dos económicos, dos ambientales y cuatro sociales), ponderados mediante FUCOM y evaluados con TOPSIS.

Resultados principales

Los resultados son muy ilustrativos para la práctica profesional.

Las soluciones más sostenibles combinaban cemento multirresistente, tratamientos hidrofóbicos anticorrosión y adiciones minerales, como el humo de sílice. Estas alcanzaron una mejora de la sostenibilidad de hasta el 86 % respecto al diseño base.
El cemento sulforresistente (SRC) se presentó como la alternativa más equilibrada, con un ciclo de mantenimiento cada 53 años y un ahorro del 65 % en comparación con el caso de referencia.
El acero inoxidable prácticamente elimina el mantenimiento durante 100 años, pero su impacto económico y medioambiental inicial lo convierte en una opción poco competitiva.
El acero galvanizado ofrece un buen compromiso, ya que es más duradero que el hormigón convencional y su coste es razonable, aunque su impacto ambiental es superior al de otras soluciones.
No siempre «menos mantenimiento» significa más sostenibilidad: la clave es intervenir en el momento adecuado para reducir costes y emisiones acumuladas a lo largo de todo el ciclo de vida.

Aplicaciones prácticas en la ingeniería

Este estudio aporta varias lecciones que se pueden aplicar directamente a la práctica:

Planificación a largo plazo: las decisiones de diseño inicial deben ir acompañadas de una estrategia de mantenimiento clara, no solo de criterios de durabilidad normativa.
Visión integral: al evaluar alternativas, no basta con comparar costes iniciales. También hay que tener en cuenta el impacto ambiental y social de cada opción.
Aplicabilidad amplia: aunque el caso analizado es un hotel costero, la metodología es válida para puentes, puertos, depuradoras y cualquier otra estructura de hormigón expuesta a ambientes marinos.
Alineación con la normativa europea: este tipo de enfoques encaja con las estrategias de descarbonización y economía circular de la UE, que exigen evaluar todo el ciclo de vida de las infraestructuras.

En definitiva, este trabajo nos recuerda que la sostenibilidad en la construcción no solo depende de lo que hacemos al levantar un edificio, sino también de cómo lo mantenemos a lo largo de su vida útil. Y, sobre todo, que la ingeniería ya cuenta con herramientas sólidas para planificar esas decisiones de manera objetiva, transparente y alineada con los Objetivos de Desarrollo Sostenible.

Referencia:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2026). Optimizing reactive maintenance intervals for the sustainable rehabilitation of chloride-exposed coastal buildings with MMC-based concrete structure. Environmental Impact Assessment Review, 116, 108110. DOI:10.1016/j.eiar.2025.108110

Como el artículo está publicado en abierto, os lo dejo para su descarga:

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El hormigón frente al mar: cómo alargar la vida de los edificios costeros

A continuación, os paso el contenido de una nota de prensa que ha lanzado la UPV sobre uno de nuestros trabajos de investigación relacionados con el proyecto RESILIFE.

Este trabajo se ha publicado en una de las revistas de mayor impacto científico, dentro del primer decil del JCR: Environmental Impact Assessment Review.

También os dejo enlaces a la noticia. Espero que os resulte interesante.

La UPV desarrolla una metodología pionera que combina economía, medioambiente y sociedad para decidir cómo construir y mantener de forma sostenible en entornos marinos.

Por las mañanas, cuando la brisa marina llega a las playas gaditanas, también transporta consigo algo menos poético que el aroma del mar: partículas de sal. Estas sales, cargadas de cloruros, penetran en los materiales de los edificios y aceleran la corrosión del hormigón armado. El resultado es un problema silencioso, pero de gran magnitud: estructuras que se deterioran antes de tiempo, con costes de reparación muy elevados y, en algunos casos, con riesgos para la seguridad.

Un equipo de la Universitat Politècnica de València (UPV) ha desarrollado una herramienta que podría cambiar la forma en la que se planifican las construcciones en la costa. Su investigación, publicada en la revista internacional Environmental Impact Assessment Review, propone un método novedoso que integra tres dimensiones de la sostenibilidad:

la económica (cuánto cuesta construir y mantener),
la ambiental (qué huella deja en términos de emisiones y recursos),
y la social (cómo afecta a trabajadores, vecinos y usuarios).

En palabras de Antonio J. Sánchez-Garrido, autor principal del trabajo: “No basta con calcular cuántos años puede durar un material; hay que considerar también qué impacto tendrá sobre la comunidad, sobre el medio ambiente y sobre el bolsillo de quienes deben mantenerlo”.

Un edificio piloto frente al mar

Para aterrizar su modelo, los investigadores eligieron un caso muy concreto: un hotel situado en primera línea de playa en Sancti Petri (Cádiz). A partir de ahí simularon doce alternativas constructivas distintas, desde cementos especiales hasta recubrimientos protectores o cambios en el tipo de acero de las armaduras.

A cada una de estas alternativas le aplicaron modelos matemáticos de predicción del deterioro y un sistema de decisión multicriterio (FUCOM–TOPSIS) que permite ordenar las opciones en función de su sostenibilidad. El horizonte temporal fue de 100 años, lo que ofrece una visión a largo plazo del ciclo de vida del edificio.

El resultado: una especie de “hoja de ruta” que indica qué material conviene utilizar y cada cuánto tiempo hay que intervenir para alargar la vida útil de la construcción.

Resultados que desmontan intuiciones

Uno de los hallazgos más llamativos es que las soluciones más duraderas no son necesariamente las más sostenibles. El acero inoxidable, por ejemplo, puede resistir más de un siglo sin apenas corrosión. Sin embargo, su elevado coste económico y el fuerte impacto ambiental asociado a su producción lo convierten en una opción menos recomendable si se busca un equilibrio global.

En cambio, alternativas como el cemento resistente a sulfatos (SRC) se posicionan como las más equilibradas: ofrecen buena durabilidad, costes razonables y un impacto ambiental moderado. Según el estudio, con esta solución bastaría con intervenir aproximadamente cada 53 años, lo que supone un gran ahorro económico y logístico.

Otros materiales, como las mezclas con humo de sílice o los tratamientos hidrofóbicos, también obtienen puntuaciones muy competitivas, alargando la vida útil de la estructura y reduciendo la necesidad de reparaciones frecuentes.

Más allá del cálculo técnico

El valor añadido del trabajo radica en su enfoque integral. Hasta ahora, muchas decisiones en construcción se han basado en criterios parciales: el coste inmediato, la resistencia mecánica o la facilidad de ejecución. La propuesta de la UPV va más allá al incluir también los efectos sociales: desde la generación de empleo en la fase de construcción y mantenimiento, hasta las molestias que las obras provocan en vecinos, turistas o trabajadores.

“Un hotel en primera línea de playa no puede permitirse cerrar cada pocos años para reparaciones. Reducir la frecuencia y la duración de las obras no solo ahorra dinero, sino que mejora la experiencia de quienes viven o disfrutan de esos espacios”, explica Víctor Yepes, coautor del estudio e investigador del Instituto ICITECH de la UPV.

Aplicaciones prácticas y futuro

Las aplicaciones de esta metodología son numerosas. Puede ayudar a promotores inmobiliarios a elegir materiales más sostenibles, a administraciones públicas a incluir métricas objetivas en sus licitaciones de obra, y a ingenieros y arquitectos a planificar proyectos con una visión a largo plazo.

Además, se trata de un modelo replicable y transparente, lo que significa que puede adaptarse a diferentes contextos: desde viviendas costeras hasta paseos marítimos, puentes o incluso puertos.

El equipo de la UPV ya trabaja en los siguientes pasos: incorporar inteligencia artificial y modelos probabilísticos para mejorar las predicciones, y validar la metodología en proyectos reales a gran escala, que permitan trasladar este conocimiento directamente al sector.

Un cambio de paradigma

En un momento en que Europa avanza hacia la neutralidad climática y exige a la construcción estándares más estrictos de sostenibilidad, este tipo de investigaciones se vuelven cruciales. No se trata solo de ahorrar dinero o prolongar la vida de los edificios, sino de repensar la relación entre infraestructuras, medio ambiente y sociedad.

La sal del mar seguirá siendo una amenaza para las estructuras costeras, pero gracias a esta metodología, los edificios podrán resistir mejor el paso del tiempo. Y, sobre todo, podrán hacerlo de manera más respetuosa con el planeta y con las personas que los habitan.

Referencia:

Esta investigación ha tenido repercusión en la prensa escrita. Aquí tenéis algunos enlaces:

https://cadenaser.com/comunitat-valenciana/2025/08/24/la-upv-propone-como-hacer-mas-duraderos-los-edificios-junto-al-mar-radio-valencia/

https://www.larazon.es/comunidad-valenciana/upv-crea-herramienta-que-ayuda-alargar-vida-util-edificios-situados-junto-mar_2025082468aad195fb354e4b3d1cad77.html

https://valenciaplaza.com/arquitectura-patrimonio-valencia-comunitat-valenciana/la-upv-crea-una-herramienta-que-ayuda-a-alargar-la-vida-util-de-los-edificios-situados-junto-al-mar

https://castellondiario.com/edificios-mas-duraderos-frente-al-mar-la-herramienta-pionera-de-la-upv/

https://www.lavanguardia.com/vida/20250824/10997986/crean-herramienta-ayuda-alargar-vida-util-edificios-situados-mar-agenciaslv20250824.html?utm_term=botones_sociales

UPV crea ferramenta per a prolongar la vida d’edificis costaners i optimitzar el seu manteniment

Os dejo también dos cortes de RNE y de La Ser sobre este mismo tema.

Métodos multicriterio: la clave para rehabilitar edificios vulnerables en zonas sísmicas

Un equipo de investigadores de la Universitat Politècnica de València y la Universidad Central del Ecuador ha llevado a cabo un análisis exhaustivo sobre los métodos de toma de decisiones multicriterio (MCDM) aplicados a la evaluación, selección y rehabilitación de edificios. Publicado en la prestigiosa revista Journal of Civil Engineering and Management, este artículo aborda una problemática clave en la ingeniería civil actual: cómo hacer frente al envejecimiento del parque de edificios, muchos de los cuales se construyeron siguiendo normativas de seguridad y sostenibilidad ya obsoletas.

La necesidad de abordar esta cuestión es urgente, dado que muchos edificios existentes no cumplen con los estándares actuales de seguridad, en particular respecto a su vulnerabilidad sísmica. Este factor es especialmente relevante en países con un alto riesgo, donde recientes terremotos han demostrado la fragilidad de las infraestructuras más antiguas. Además de las posibles pérdidas humanas, el impacto económico y social de estos eventos puede ser devastador.

Esta investigación es el resultado de una colaboración internacional realizada en el marco de los proyectos HYDELIFE y RESILIFE, cuyo investigador principal es Víctor Yepes, y es fruto de una colaboración internacional entre investigadores de Ecuador y España.

Contexto de la investigación

El envejecimiento del parque de edificios es un problema global que afecta tanto a países desarrollados como en vías de desarrollo. Muchos edificios antiguos se construyeron siguiendo normativas obsoletas que no tenían en cuenta los estándares de seguridad modernos, especialmente en lo que respecta al riesgo sísmico. A esto se suma la necesidad de hacer frente a desafíos medioambientales, como el impacto de la construcción en el consumo energético y las emisiones de CO₂. Ante esta situación, surge la necesidad de adoptar estrategias de rehabilitación que combinen la seguridad estructural con la sostenibilidad. La integración de factores sociales, económicos y ambientales en la toma de decisiones sobre la rehabilitación de edificios es fundamental para avanzar hacia un entorno construido más seguro y sostenible.

Metodología

La investigación se basa en una revisión bibliométrica de la literatura sobre los métodos MCDM aplicados a la evaluación y rehabilitación de edificios. Se analizaron 91 artículos publicados entre 2008 y 2023, utilizando bases de datos especializadas como Web of Science y SCOPUS. Los estudios seleccionados abordan tanto la evaluación de la vulnerabilidad de los edificios como la selección de estrategias de rehabilitación, con un enfoque particular en edificios escolares y patrimoniales, que suelen estar más expuestos a riesgos debido a su antigüedad o importancia cultural.

Se evaluaron las tendencias en el uso de los métodos MCDM y se identificaron investigaciones clave que han logrado evaluar de manera conjunta el consumo energético y la vulnerabilidad sísmica. Estas investigaciones destacan la necesidad de contar con metodologías que permitan evaluar múltiples factores de manera simultánea y en contextos de incertidumbre, especialmente cuando se trata de estructuras vulnerables, como las escuelas y los edificios patrimoniales, que requieren un enfoque especializado tanto por su valor cultural como por su complejidad estructural. Los investigadores clasificaron los diferentes métodos MCDM más utilizados, como el Proceso de Análisis Jerárquico (AHP), el Simple Additive Weighting (SAW) y el TOPSIS. Cada método se evaluó en función de su capacidad para integrar criterios contradictorios, como la seguridad estructural, el impacto económico, social y ambiental.

Resultados

El estudio revela la prevalencia de ciertos métodos clásicos en la investigación científica, como el ya mencionado AHP, que se ha combinado en muchos estudios con TOPSIS, un enfoque que permite identificar soluciones óptimas al considerar tanto la distancia a una solución ideal como a una no ideal. Este enfoque se ha aplicado tanto a la selección de edificios que requieren intervenciones urgentes como a la identificación de estrategias de rehabilitación más eficaces. Estos métodos permiten ponderar diversos criterios y encontrar soluciones que maximicen la seguridad y la sostenibilidad. Entre los principales hallazgos destacan:

Evaluación de la vulnerabilidad: Se ha aplicado MCDM para evaluar la vulnerabilidad de los edificios en zonas urbanas, con un enfoque particular en las escuelas y los edificios patrimoniales. En muchos casos, los estudios integraron criterios de vulnerabilidad sísmica con aspectos socioeconómicos y ambientales.
Selección de estrategias de rehabilitación: El estudio identificó tres enfoques principales en la rehabilitación de edificios: la intervención en componentes individuales, la adición de elementos de resistencia y la reducción de demandas estructurales mediante dispositivos suplementarios. La combinación de sostenibilidad y seguridad ha sido un aspecto clave en estos estudios.
Sostenibilidad: Si bien muchos estudios ya integran criterios de sostenibilidad, solo un porcentaje menor (15 %) incorpora análisis del ciclo de vida (LCA), una herramienta crucial para medir el impacto ambiental de las intervenciones a largo plazo.

Implicaciones

Las conclusiones de este trabajo tiene importantes implicaciones tanto para la práctica de la ingeniería civil como para las políticas públicas. La aplicación de métodos MCDM permite a los ingenieros y a los responsables de la toma de decisiones considerar una variedad de factores antes de seleccionar una estrategia de rehabilitación para un edificio. Esto es particularmente relevante en áreas con alto riesgo sísmico, donde la rehabilitación de edificios vulnerables puede salvar vidas y reducir las pérdidas económicas.

Además, la integración de criterios de sostenibilidad subraya la importancia de las políticas que promuevan rehabilitaciones que no solo refuercen la seguridad, sino que también reduzcan el impacto ambiental. Los resultados del estudio sugieren que las futuras investigaciones deberían centrarse en la creación de metodologías más avanzadas que manejen mejor la incertidumbre y que logren una verdadera integración de los pilares de sostenibilidad (económico, social y ambiental) con los criterios de seguridad estructural.

En resumen, este estudio ofrece una perspectiva innovadora sobre la forma en que los métodos MCDM pueden ayudar a afrontar los retos actuales en la rehabilitación de edificios. Su aplicación no solo mejora la seguridad de las infraestructuras, sino que también permite avanzar hacia un modelo de construcción más sostenible y eficiente. Sus recomendaciones son claras: es necesario seguir investigando para mejorar las soluciones de toma de decisiones que integren de manera efectiva la seguridad estructural y la sostenibilidad. Esto es fundamental no solo para garantizar la seguridad de los edificios, sino también para asegurar que las futuras generaciones puedan disfrutar de un entorno construido que sea resiliente, seguro y sostenible.

Referencia:

VILLALBA, P.; SÁNCHEZ-GARRIDO, A.; YEPES, V. (2024). A review of multi-criteria decision-making methods for building assessment, selection, and retrofit. Journal of Civil Engineering and Management, 30(5):465-480. DOI:10.3846/jcem.2024.21621

Este artículo está publicado en abierto, por lo que puedes descargar aquí mismo:

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Mejora del diseño estructural de cerchas metálicas pretensadas mediante optimización multiobjetivo y toma de decisión multicriterio

Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El documento Mejora del diseño estructural de cerchas metálicas pretensadas mediante optimización multiobjetivo y MCDM. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación RESILIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Estas son las principales contribuciones descritas en el artículo:

Marco integrado para la optimización: La investigación presenta un marco integral que integra algoritmos de optimización multiobjetivo (MOO) y técnicas de toma de decisiones multicriterio (MCDM). Este marco no solo es aplicable a las cerchas pretensadas, sino también a varios diseños estructurales, lo que mejora la toma de decisiones en ingeniería estructural.
Algoritmos de optimización avanzados: el estudio emplea tres algoritmos MOO avanzados (NSGA-III, CTAEA y SMS-EMAO) para optimizar el diseño estructural de las cerchas arqueadas pretensadas. Este enfoque permite evaluar de forma sólida los diferentes objetivos del diseño, como la minimización del peso, el rendimiento de carga y la capacidad de construcción.
Métricas de evaluación integrales: el documento incorpora una serie de visualizaciones analíticas y métricas de evaluación exhaustivas para comprender la variabilidad de las diferentes variables en el contexto de Pareto. Esto ayuda a ilustrar las ventajas y desventajas que conllevan las distintas estrategias de optimización y proporciona una visión más clara del proceso de diseño.
Evaluación del rendimiento de los algoritmos: la investigación evalúa el rendimiento de los algoritmos de optimización utilizando métricas de distancia generacional (GD) y distancia generacional invertida (IGD). Los resultados indican que el NSGA-III supera a los demás algoritmos en términos de convergencia con respecto a Pareto, lo que proporciona información valiosa sobre la eficacia de cada algoritmo.
Validación estadística de los resultados: el artículo emplea la prueba de Kruskal-Wallis para validar las diferencias de rendimiento entre los algoritmos. Esto añade credibilidad a los hallazgos y resalta las ventajas y limitaciones de cada enfoque de optimización, que es crucial para las futuras aplicaciones de optimización estructural.
Implicaciones prácticas para la construcción: Las innovaciones presentadas en el documento mejoran el rendimiento estructural, reducen el consumo de recursos y mejoran la capacidad de construcción y la seguridad. Estas contribuciones demuestran las implicaciones prácticas para unas prácticas de construcción más eficientes y sostenibles, y abordan la complejidad de los métodos de diseño tradicionales.

En resumen, este documento promueve significativamente la comprensión y la aplicación de las cerchas pretensadas al proporcionar un marco sólido para la optimización y la toma de decisiones, junto con información práctica para mejorar las prácticas de construcción.

Abstract:

The structural design of prestressed arched trusses presents a complex challenge due to the need to balance multiple conflicting objectives such as structural performance, weight, and constructability. This complexity is further compounded by the interdependent nature of the structural elements, which necessitates a comprehensive optimization approach. Addressing this challenge is crucial for advancing construction practices and improving the efficiency and safety of structural designs. The integration of advanced optimization algorithms and decision-making techniques offers a promising avenue for enhancing the design process of prestressed arched trusses. This study proposes the use of three advanced multi-objective optimization algorithms: NSGA-III, CTAEA, and SMS-EMOA, to optimize the structural design of prestressed arched trusses. The performance of these algorithms was evaluated using Generational Distance and Inverted Generational Distance metrics. Additionally, the non-dominated optimal designs generated by these algorithms were assessed and ranked using multiple Multi-Criteria Decision-Making techniques, including SAW, FUCA, TOPSIS, PROMETHEE, and VIKOR. This approach allowed for a robust comparison of the algorithms and provided insights into their effectiveness in balancing the different design objectives. The results of the study indicate that NSGA-III exhibited superior performance with a GD value of 0.215, reflecting a closer proximity of its solutions to the Pareto front, and an IGD value of 0.329, indicating a well-distributed set of solutions across the Pareto front. In comparison, CTAEA and SMS-EMOA showed higher GD values of 0.326 and 0.436, respectively, suggesting less convergence to the Pareto front. However, SMS-EMOA demonstrated a balanced performance in terms of constructability and structural weight, with an IGD value of 0.434. The statistical significance of these differences was confirmed by the Kruskal-Wallis test, with p-values of 2.50×10−15 for GD and 5.15×10−06 for IGD. These findings underscore the advantages and limitations of each algorithm, providing valuable insights for future applications in structural optimization.

Keywords:

Multi-objective optimization; multi-criteria decision-making; NSGA-III; CTAEA; SMS-EMOA; SAW; FUCA; TOPSIS; PROMETHEE; VIKOR

Reference:

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; PARTSKHALADZE, G.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Enhanced Structural Design of Prestressed Arched Trusses through Multi-Objective Optimization and MCDM. Mathematics, 12(16), 2567. DOI:10.3390/math12162567

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Mejora de la robustez en la optimización de estructuras modulares prefabricadas: Integración de NSGA-II, NSGA-III y RVEA para una infraestructura sostenible

Acaban de publicarnos un artículo en Mathematics, revista indexada en el primer decil del JCR. El documento explora el diseño de estructuras modulares prefabricadas sostenibles utilizando la optimización multiobjetivo (MOO) y la toma de decisión multicriterio (MCDM) con algoritmos avanzados como NSGA-II, NSGA-III y RVEA. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El artículo destaca la importancia de integrar la sostenibilidad del ciclo de vida en los proyectos de infraestructura de transporte para estimular la innovación y la colaboración entre las partes interesadas. Además, presenta una estrategia de diseño novedosa que se centra en la optimización del ciclo de vida de los marcos modulares prefabricados de hormigón armado (RCPMF). Por último, amplía la comprensión de la aplicabilidad de los algoritmos avanzados de MOO y las técnicas de MCDM para mejorar el desarrollo sostenible de la infraestructura.

Las conclusiones más importantes de este trabajo son las siguientes:

El estudio evalúa el rendimiento de optimización del ciclo de vida de los algoritmos NSGA-II, NSGA-III y RVEA dentro de una estructura prefabricada tipo marco de diseño coherente para una infraestructura de transporte sostenible.
El NSGA-III se identifica como el algoritmo con mejor rendimiento, lo que demuestra su potencial para facilitar enfoques de diseño sostenibles.
El problema del MCDM se evalúa rigurosamente y se abordan nueve soluciones no dominantes generadas por los algoritmos de optimización, lo que demuestra la eficiencia y la fiabilidad del marco integrado de MOO y MCDM.
Los resultados abogan por un enfoque transformador del desarrollo de infraestructuras, orientado hacia soluciones de ingeniería más avanzadas y sostenibles.

Abstract:

The advancement toward sustainable infrastructure presents complex multi-objective optimization (MOO) challenges. This paper expands the current understanding of design frameworks that balance cost, environmental impacts, social factors, and structural integrity. Integrating MOO with multi-criteria decision-making (MCDM), the study targets enhancements in life cycle sustainability for complex engineering projects using precast modular road frames. Three advanced evolutionary algorithms—NSGA-II, NSGA-III, and RVEA—are optimized and deployed to address sustainability objectives under performance constraints. The efficacy of these algorithms is gauged through a comparative analysis, and a robust MCDM approach is applied to nine non-dominated solutions, employing SAW, FUCA, TOPSIS, PROMETHEE, and VIKOR decision-making techniques. An entropy theory-based method ensures systematic, unbiased criteria weighting, augmenting the framework’s capacity to pinpoint designs, balancing life cycle sustainability. The results reveal that NSGA-III is the algorithm converging towards the most cost-effective solutions, surpassing NSGA-II and RVEA by 21.11% and 10.07%, respectively, while maintaining balanced environmental and social impacts. The RVEA achieves up to 15.94% greater environmental efficiency than its counterparts. The analysis of non-dominated solutions identifies the $A_{4}$ design, utilizing 35 MPa concrete and B500S steel, as the most sustainable alternative across 80% of decision-making algorithms. The ranking correlation coefficients above 0.94 demonstrate consistency among decision-making techniques, underscoring the robustness of the integrated MOO and MCDM framework. The results in this paper expand the understanding of the applicability of novel techniques for enhancing engineering practices and advocate for a comprehensive strategy that employs advanced MOO algorithms and MCDM to enhance sustainable infrastructure development.

Keywords:

Multi-objective optimization; multi-criteria decision-making; NSGA-II; NSGA-III; RVEA; SAW; FUCA; TOPSIS; PROMETHEE; VIKOR

Reference:

RUIZ-VÉLEZ, A.; GARCÍA, J.; ALCALÁ, J.; YEPES, V. (2024). Enhancing Robustness in Precast Modular Frame Optimization: Integrating NSGA-II, NSGA-III, and RVEA for Sustainable Infrastructure. Mathematics, 12(10):1478. DOI:10.3390/math12101478

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Mejora de la evaluación de la sostenibilidad de puentes en entornos agresivos mediante la decisión grupal multicriterio

Acaban de publicarnos en DYNA, revista indexada en el JCR, un artículo sobre la mejora de la evaluación de la sostenibilidad de puentes en entornos agresivos mediante la decisión grupal multicriterio. Aborda el desafío de combinar las dimensiones económica, ambiental y social en un único indicador holístico para la toma de decisiones en el diseño de infraestructuras. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

El artículo contribuye al campo de la evaluación de la sostenibilidad de los puentes en entornos agresivos mediante la aplicación de técnicas de toma de decisiones grupales en el ámbito de los criterios múltiples. Aborda el desafío de combinar las dimensiones económica, ambiental y social en un único indicador holístico para la toma de decisiones en el diseño de infraestructuras.
El estudio evalúa cinco alternativas de diseño diferentes para un puente de hormigón expuesto a un entorno costero utilizando cuatro técnicas de toma de decisiones (ANP, TOPSIS, COPRAS y VIKOR). Los resultados indican que los hormigones que contienen pequeñas cantidades de humo de sílice funcionan mejor a lo largo de su ciclo de vida que otras soluciones que suelen aumentar la durabilidad.
La investigación contribuye al desarrollo de herramientas y métodos para evaluar la sostenibilidad de las infraestructuras y guiar las futuras acciones de diseño en diversas estructuras. Se alinea con el enfoque en promover las iniciativas de economía circular y el cumplimiento de los requisitos ambientales y sociales específicos en las licitaciones de proyectos públicos

Abstract:

The construction industry is increasingly recognized as critical in achieving Sustainable Development Goals. Construction activities and infrastructure have both beneficial and non-beneficial impacts, making infrastructure design a focal point of current research investigating how best to contribute to sustainability as society demands. Although methods exist to assess infrastructures’ economic, environmental, and social life cycle, the challenge remains in combining these dimensions into a single holistic indicator to facilitate decision-making. This study applies four decision-making techniques (ANP, TOPSIS, COPRAS, and VIKOR) to evaluate five different design alternatives for a concrete bridge exposed to a coastal environment. The results indicate that concretes containing even small amounts of silica fume perform better over their life cycle than other solutions usually considered to increase durability, such as water/cement ratio reduction or concrete cover increase.

Keywords:

Sustainable design, bridges, life cycle assessment, Analytic Network Process, TOPSIS, VIKOR, COPRAS, Multi-criteria decision-making

Reference:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2023). Enhancing sustainability assessment of bridges in aggressive environments through multi-criteria group decision-making. DYNA, 98(5):477-483. DOI:10.6036/10816

Os paso el artículo en abierto, tanto en inglés como en español.

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Ciclo de vida de puentes de hormigón en regiones costeras basada en el proceso analítico en red (ANP)

Acaban de publicarnos un artículo en Sustainability, revista indexada en el segundo cuartil del JCR. Se trata de aplicar la técnica de toma de decisiones en red ANP para evaluar la sostenibilidad del ciclo de vida de los puentes de hormigón en las regiones costeras. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación HYDELIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

Desde que se establecieron los Objetivos de Desarrollo Sostenible en 2015, la evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras ha estado en el punto de mira de la comunidad científica. Esto se debe a que el sector de la construcción es esencial para promover el bienestar social y el desarrollo económico de los países, pero también es uno de los principales factores de estrés ambiental. Sin embargo, la evaluación de la sostenibilidad de las infraestructuras a lo largo de su ciclo de vida sigue siendo un reto importante, pues los criterios que intervienen en el diseño sostenible suelen ser complejos y contradictorios. El Proceso Analítico en Red (ANP) es una poderosa herramienta de toma de decisiones para modelar tales problemas. En este caso, se evalúa la sostenibilidad del ciclo de vida de diferentes alternativas de puentes de hormigón en ambiente costero utilizando el ANP. Los resultados obtenidos se comparan con los obtenidos mediante el Proceso Analítico Jerárquico (AHP) convencional. Los resultados obtenidos mediante ANP son más fiables que los derivados del AHP en términos de consistencia de los expertos y del número de comparaciones realizadas.

Abstract:

Since establishing the Sustainable Development Goals in 2015, the assessment of the sustainability performance of existing and future infrastructures has been in the spotlight of the scientific community. This is because the construction sector is essential for promoting the social welfare and economic development of countries, but is also one of the main environmental stressors existing to date. However, assessing infrastructure sustainability throughout its life cycle remains a significant challenge, as the criteria involved in sustainable design are often complex and conflicting. The Analytic Network Process (ANP) is recognized as a powerful decision-making tool to model such problems. Here, the life cycle sustainability performance of different design alternatives for a concrete bridge near the shore is evaluated using ANP. The obtained results are compared with those obtained using the conventional Analytical Hierarchy Process (AHP). The results obtained using ANP are more reliable than those derived from the conventional AHP in terms of the expert’s consistency and the number of comparisons made.

Keywords:

Sustainability; Analytic Network Process; bridge design; life cycle assessment; TOPSIS; multi-criteria decision making

Reference:

NAVARRO, I.J.; MARTÍ, J.V.; YEPES, V. (2022). Analytic Network Process-based sustainability life cycle assessment of concrete bridges in coastal regions. Sustainability, 14(17):10688. DOI:10.3390/su141710688

Como el artículo está publicado en abierto, os lo podéis descargar aquí mismo:

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Evaluación de la sostenibilidad de las técnicas de mejora del terreno

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.

El terreno no siempre es adecuado o competente para soportar una cimentación superficial directa. En muchos casos, para evitar costosas cimentaciones profundas, está indicado sustituir, mejorar o reforzar dicho terreno. Este trabajo se centra en evaluar la contribución a la sostenibilidad entre diferentes técnicas de mejora del suelo y el resultado de su aplicación a la cimentación de una vivienda unifamiliar como alternativa a la construida. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en materia de sostenibilidad entre el diseño de referencia (sin intervención), el relleno y la compactación del suelo, las columnas de suelo-cemento, la inclusión rígida de micropilotes y el clavado de viguetas prefabricadas. Para caracterizar la sostenibilidad, se propone un conjunto de 37 indicadores que integran los aspectos económicos o ambientales de cada alternativa de diseño y sus impactos sociales. Se obtiene un ranking de sostenibilidad para las diferentes alternativas basado en el método ELECTRE IS para la toma de decisiones multicriterio (MCDM). Se evalúa la sensibilidad de los resultados obtenidos frente a diferentes métodos MCDM (TOPSIS, COPRAS) y diferentes ponderaciones de criterios. La evaluación proporciona una visión transversal, comparando la capacidad y fiabilidad de cada técnica para priorizar la solución de consolidación del terreno que mejor contribuye a la sostenibilidad en el diseño de la subestructura de un edificio.

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

Podéis leer una versión preliminar el artículo en la siguiente dirección: https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2022.131463

Highlights

Evaluation of soil consolidation techniques for a single-family house’s foundation.
A deep foundation is compared to four alternatives that consider soil improvement.
37 indicators characterize the sustainability of substructure in residential buildings.
The aggregation of the different sustainability criteria is applied in 3 MCDM methods.
Nailing precast joists into the ground achieves the best sustainability result.

Abstract

The soil is not always suitable or competent to support a direct shallow foundation in construction. In many cases, to avoid costly deep foundations, it is indicated to replace, improve, or reinforce such soil. This paper focuses on evaluating the contribution to sustainability between different soil improvement techniques and the outcome of their application to the foundation of a single-family house as an alternative to the one built. The life-cycle performance in sustainability is compared between the baseline design (without intervention), backfilling and soil compaction, soil-cement columns, rigid inclusion of micropiles, and nailing of precast joists. To characterize sustainability, a set of 37 indicators is proposed that integrate the economic or environmental aspects of each design alternative and its social impacts. A sustainability ranking is obtained for the different alternatives based on the ELECTRE IS method for multi-criteria decision-making (MCDM). The sensitivity of the obtained results is evaluated against different MCDM methods (TOPSIS, COPRAS) and different criteria weights. The evaluation provides a cross-cutting view, comparing the ability and reliability of each technique to prioritize the ground consolidation solution that best contributes to the sustainability in the design of a building’s substructure.

Keywords

Sustainability; Construction; Multi-criteria decision analysis; Life cycle assessment; Modern methods of construction; Soil improvement; Foundations; ELECTRE IS; TOPSIS; COPRAS

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Evaluating the sustainability of soil improvement techniques in foundation substructures. Journal of Cleaner Production, 351: 131463. DOI:10.1016/j.jclepro.2022.131463

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Toma de decisión multicriterio aplicada a la sostenibilidad de estructuras de edificios basados en métodos modernos de construcción (MMC)

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Journal of Cleaner Production, revista de ELSEVIER indexada en el primer decil del JCR.

Desde el establecimiento de los Objetivos de Desarrollo Sostenible, ha surgido una gran preocupación sobre cómo disminuir los impactos que resultan de las actividades de construcción. En este contexto, los Métodos Modernos de Construcción (MMC) surgen como una poderosa forma de reducir la huella del ciclo de vida a través de la optimización del consumo de materiales. Este trabajo se centra en la evaluación de la sostenibilidad de diferentes técnicas MMC aplicadas a estructuras de hormigón de viviendas unifamiliares. Se compara el rendimiento del ciclo de vida en términos de sostenibilidad entre un diseño de referencia convencional, un diseño prefabricado, un diseño de losa ligera con discos huecos presurizados y un diseño basado en elementos estructurales de doble pared. La sostenibilidad se evalúa mediante un conjunto de 38 indicadores que abordan no solo la respuesta económica y medioambiental de los diseños, sino también sus impactos sociales. Se aplican cinco de las técnicas más conocidas de toma de decisiones con criterios múltiples (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR y MIVES) para derivar el rendimiento del ciclo de vida de cada diseño en una única puntuación de sostenibilidad. Dado que no hay consenso sobre qué método MCDM funciona mejor en las evaluaciones de sostenibilidad, se propone aquí un Índice Global de Sostenibilidad Estructural (GSSI) que combina y pondera los anteriores para ayudar al análisis de los resultados obtenidos. Los resultados muestran que la consideración de las tres dimensiones de la sostenibilidad conduce a diseños equilibrados cuya preferencia no tiene por qué coincidir con los derivados de cada enfoque unidimensional del ciclo de vida.

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

El artículo lo podéis descargar GRATUITAMENTE hasta el 28 de enero de 2022 en el siguiente enlace:

https://authors.elsevier.com/c/1eDIl3QCo9bRMh

Abstract

Since the establishment of the Sustainable Development Goals, great concern has arisen on how to diminish the impacts that result from construction activities. In such context, Modern Methods of Construction (MMC) rise as a powerful way to reduce life cycle impacts through optimizing the consumption of materials. This paper focuses on the sustainability assessment of different modern construction techniques applied to concrete structures of single-family houses. The life cycle performance in terms of sustainability is compared between a conventional reference design, a precast design, a lightweight slab design with pressurized hollow discs, and a design based on double-wall structural elements. The sustainability is assessed through a set of 38 indicators that address not only the economic and environmental response of the designs, but also their social impacts as well. Five of the best known Multi-Criteria Decision-Making (MCDM) techniques (SAW, COPRAS, TOPSIS, VIKOR and MIVES) are applied to derive the life-cycle performance of each design into a single sustainability score. Since there is no consensus on which MCDM method works best in sustainability assessments, a Global Structural Sustainability Index (GSSI) combining and weighting the above is proposed here to aid the analysis of the results obtained. The results show that consideration of the three dimensions of sustainability leads to balanced designs whose preference need not coincide with those derived from each one-dimensional life cycle approach.

Keywords:

Sustainability, Construction, Structural design, Life cycle cost, Life cycle assessment, Social life cycle, Multi-criteria decision-making, Modern methods of construction

Reference:

SÁNCHEZ-GARRIDO, A.J.; NAVARRO, I.J.; YEPES, V. (2022). Multi-criteria decision- making applied to the sustainability of building structures bases on Modern Methods of Construction. Journal of Cleaner Production, 330:129724. DOI:10.1016/j.jclepro.2021.129724

Lógica neutrosófica aplicada al análisis de la sostenibilidad de puentes en ambientes marinos

Acaban de publicarnos un artículo en la revista Structure and Infrastructure Engineering (revista indexada en el JCR) sobre la aplicación de la lógica neutrosófica (una generalización de la lógica difusa y la lógica intuicionista) al diseño y mantenimiento de puentes en ambiente marino. El trabajo se enmarca dentro del proyecto de investigación DIMALIFE que dirijo como investigador principal en la Universitat Politècnica de València.

La metodología propuesta utiliza la lógica neutrosófica para obtener los pesos en un Proceso Analítico Jerárquico (AHP) que considerar la subjetividad de los expertos en el proceso de toma de decisión. Se ha aplicado al diseño sostenible de puentes y su mantenimiento considerando simultáneamente las tres dimensiones de la sostenibilidad.

El artículo se puede descargar gratuitamente en el siguiente enlace:

https://www.tandfonline.com/eprint/2KZDAHNK4BPJKPSY4XSF/full?target=10.1080/15732479.2019.1676791

ABSTRACT:

Essential infrastructures such as bridges are designed to provide a long-lasting and intergenerational functionality. In those cases, sustainability becomes of paramount importance when the infrastructure is exposed to aggressive environments, which can jeopardise their durability and lead to significant maintenance demands. The assessment of sustainability is however often complex and uncertain. The present study assesses the sustainability performance of 16 alternative designs of a concrete bridge deck in a coastal environment on the basis of a neutrosophic group analytic hierarchy process (AHP). The use of neutrosophic logic in the field of multi-criteria decision-making, as a generalisation of the widely used fuzzy logic, allows for a proper capture of the vagueness and uncertainties of the judgements emitted by the decision-makers. TOPSIS technique is then used to aggregate the different sustainability criteria. From the results, it is derived that only the simultaneous consideration of the economic, environmental and social life cycle impacts of a design shall lead to adequate sustainable designs. Choices made based on the optimality of a design in only some of the sustainability pillars will lead to erroneous conclusions. The use of concrete with silica fume has resulted in a sustainability performance of 46.3% better than conventional concrete designs.

Keywords: Sustainable design, chloride corrosion, neutrosophic sets theory, analytic hierarchy process, preventive maintenance, multi-criteria decision-making, life cycle assessment

REFERENCIA:

NAVARRO, I.J.; YEPES, V.; MARTÍ, J.V. (2020). Sustainability assessment of concrete bridge deck designs in coastal environments using neutrosophic criteria weights. Structure and Infrastructure Engineering, 16(7): 949-967. DOI:10.1080/15732479.2019.1676791