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Life cycle assessment of cost-optimized buttress earth-retaining walls: a parametric study

s09596526Nos acaban de publicar un art铆culo que versa sobre la evaluaci贸n del ciclo de vida de muros 贸ptimos de contrafuertes. En este estudio se han analizado 30 muros optimizados de varias alturas (4-13 m), con terrenos de distintas capacidades portantes (0,2; 0,3 y 0,4 MPa). Os paso la referencia, el resumen y el enlace al art铆culo. Espero que os sea de inter茅s.

NOTICIA: Hasta el 21 de diciembre de 2016 pod茅is descargaros gratis el art铆culo directamente en:

http://authors.elsevier.com/a/1Tz-03QCo9JQWX

Aprovecha la oportunidad para no pagar los costes de descarga.

Highlights

  • A life cycle assessment over 30 optimized earth-retaining walls is conducted
  • Concrete presents the highest contribution to all impact categories
  • Steel significance on every impact increases with wall size
  • The recycling rate influences each impact category to different degrees
  • Savings on abiotic resource depletion with 70% recycled steel are about 72%

 

l-31-fig31-3-counterfort-retaining-wallsAbstract:

In this paper life cycle assessments are carried out on 30 optimized earth-retaining walls of various heights (4鈥13聽m) and involving different permissible soil stresses (0.2, 0.3 and 0.4聽MPa) in Spain. Firstly, the environmental impacts considered in the assessment method developed by the Leiden University (CML 2001) are analyzed for each case, demonstrating the influence of the wall height and permissible soil stress. Secondly, this paper evaluates the contribution range of each element to each impact. The elements considered are: concrete, landfill, machinery, formwork, steel, and transport. Moreover, the influence of the wall height on the contribution of each element over the total impact is studied. This paper then provides the impact factors per unit of concrete, steel, and formwork. These values enable designers to quickly evaluate impacts from available measurements. Finally, the influence of steel recycling on the environmental impacts is highlighted. Findings indicate that concrete is the biggest contributor to all impact categories, especially the global warming potential. However, the steel doubles its contribution when the wall heights increase from 4聽m to 13聽m. Results show that recycling rates affect impacts differently.

Keywords

Life cycle assessment;聽Retaining wall;聽Sustainability; Buttressed wall

Referencia:

ZASTROW, P.; MOLINA-MORENO, F.; GARC脥A-SEGURA, T.; MART脥, J.; YEPES, V. (2017).聽Life cycle assessment of cost-optimized buttress earth-retaining walls: a parametric study. Journal of Cleaner Production, 140:1037-1048. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.10.085

 

 

9 noviembre, 2016
 
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Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety

Sin t铆tulo

ACCESO LIBRE AL ART脥CULO:

The following personal article link, which will provide free access to your article, and is valid for 50 days, until September 14, 2016

http://authors.elsevier.com/a/1TROAW4G4Bhqk

Abstract:聽This paper presents a multiobjective optimization of post-tensioned concrete road bridges in terms of cost, CO2 emissions, and overall safety factor. A computer tool links the optimization modulus with a set of modules for the finite-element analysis and limit states verification. This is applied for the case study of a three-span continuous post-tensioned box-girder road bridge, located in a coastal region. A multiobjective harmony search is used to automatically search a set of optimum structural solutions regarding the geometry, concrete strength, reinforcing and post-tensioned steel. Diversification strategies are combined with intensification strategies to improve solution quality. Results indicate that cost and CO2 emissions are close to each other for any safety range. A one-euro reduction, involves a 2.34聽kg CO2 emissions reduction. Output identifies the best variables to improve safety and the critical limit states. This tool also provides bridge managers with a set of trade-off optimum solutions, which balance their preferences most closely, and meet the requirements previously defined.

Keywords

  • Multiobjective optimization;
  • CO2 emissions;
  • Safety;
  • Post-tensioned concrete;
  • Box-girder bridge;
  • Multiobjective harmony search

Highlights

  • A multiobjective optimization of post-tensioned concrete road bridges is presented.
  • A computer tool combines finite-element analysis and limit states verification.
  • Output provides a trade-off between cost, CO2 emissions, and overall safety factor.
  • Near the optima, a one-euro reduction represents a 2.34聽kg CO2 emissions reduction.
  • Results show the cheapest and most eco-friendly variables for improving safety.

Reference:

GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Multiobjective optimization of post-tensioned concrete box-girder road bridges considering cost, CO2 emissions, and safety. Engineering Structures, 125:325-336.聽DOI: 10.1016/j.engstruct.2016.07.012.

11 agosto, 2016
 
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El profesor Dan M. Frangopol de estancia con nosotros en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia

20160226_dan_frangopol_nsf_awardTenemos la gran suerte de contar con el profesor Dan M. Frangopol como profesor visitante en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Se trata de una estancia que solicit贸 nuestro grupo de investigaci贸n dentro del proyecto de investigaci贸n BRIDLIFE y que tambi茅n ha sido apoyada por nuestra universidad. Es una magn铆fica oportunidad de poder colaborar en l铆neas de investigaci贸n que confluyen en la optimizaci贸n multiobjetivo de estructuras a lo largo de su ciclo de vida. Ya estuvo nuestra investigadora Tatiana Garc铆a Segura cuatro meses de estancia en la Universidad de Lehigh.

El curriculum y la trayectoria acad茅mica del profesor Frangopol es impresionante. Es el primer titular de la C谩tedra Fazlur R. Khan de Ingenier铆a Estructural y Arquitectura de la Universidad de Lehigh, en Bethlehem, Pensilvania. Antes de incorporarse a esta universidad, fue profesor de ingenier铆a civil en la Universidad de Colorado en Boulder, donde ahora es profesor em茅rito. Sus l铆neas de investigaci贸n se centran en la aplicaci贸n de los conceptos probabil铆sticos y m茅todos de la ingenier铆a civil tales como la fiabilidad estructural, el dise帽o basado en la probabilidad y la optimizaci贸n de edificios, puentes y barcos navales, vigilancia de la salud estructural, mantenimiento y gesti贸n a lo largo de su ciclo de vida, gesti贸n de infraestructuras en condiciones de incertidumbre, evaluaci贸n basada en el riesgo, sostenibilidad y resistencia a los desastres.

De acuerdo con el ASCE (Sociedad Estadounidense de Ingenieros Civiles)聽鈥Dan M. Frangopol is a preeminent authority in bridge safety and maintenance management, structural system reliability, and life-cycle civil engineering. His contributions have defined much of the practice around design specifications, management methods, and optimization approaches. From the maintenance of deteriorated structures and the development of system redundancy factors to assessing the performance of long-span structures, Dr. Frangopol鈥檚 research has not only saved time and money, but very likely also saved lives鈥 Dr. Frangopol is a renowned teacher and mentor to future engineers.鈥

A parte de cuatro doctorados honoris causa,聽el profesor Frangopol presenta un 铆ndice h de 54 y m谩s de 11900 citas (Google Scholar, 2015). Ha dirigido m谩s de 40 tesis doctorales y ha sido profesor visitante en numerosas universidades de todo el mundo. Lo mejor es que ve谩is su curr铆culum entero en su p谩gina web:聽http://www.lehigh.edu/~dmf206/

Os dejo a continuaci贸n los seminarios y conferencias que impartir谩 este mes en la Universitat Polit猫cnica de Val猫ncia. Si ten茅is alguna duda, me pod茅is enviar un correo electr贸nico. La entrada es libre. Os ir茅 contando en sucesivos posts m谩s sobre nuestra actividad este mes con el profesor Frangopol.

Descargar (PDF, 108KB)

5 mayo, 2016
 
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Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges based on embodied energy

ph_vigas-artesa

Puente de vigas artesa prefabricadas. Fuente: Pacadar

驴C贸mo se pueden dise帽ar puentes pretensados prefabricados en vigas artesa haciendo que el consumo energ茅tico para su fabricaci贸n y puesta en obra sea el m铆nimo posible?

Os pod茅is descargar gratuitamente, hasta el 21 de abril de 2016, el art铆culo original y completo de nuestra publicaci贸n. Basta con que acud谩is al siguiente enlace de Elsevier:

http://authors.elsevier.com/a/1SeBx3QCo9IDYU

Otros art铆culos cient铆ficos relacionados los pod茅is ver en: 聽http://victoryepes.blogs.upv.es/publicaciones/articulos-jcr/

 

Highlights

  • An automated procedure for optimizing the design of structures is presented.
  • There is a parabolic relation between the span length and the minimum energy.
  • The energy reduction has an average cost impact of 3.23鈧 per square meter of deck.
  • Since both criteria are dependent, 1鈧 reduction is equivalent to 4聽kW聽h saving.

Abstract

S09596526An automated procedure for optimizing the design of precast-prestressed concrete U-beam road bridges is presented. The economic cost and the embodied energy are selected as the objective functions based on production materials, transport and placement. Heuristic optimization is used to search for the best geometry, the concrete type, the prestressing steel, and the reinforcement for the slab and the beam. The results for both objectives provide improved opportunities to learn about low-energy designs. The most influential variables for the energy efficiency goal are analyzed. The relationship between the span length and the embodied energy is described by a good parabolic fit for both optimization criteria. The findings indicate that the objectives do not exhibit conflicting behavior, and also that optimum energy designs are close to the optimum cost designs. The analysis also revealed that a reduction by 1 Euro can save up to 4 kWh. It is recommended to reduce the reinforcement in the slab as well as increase the volume of concrete in both slab and beams in order to achieve higher energy efficiency. It is also worth noting that web inclination angle should be increased when the depth increases for longer span lengths to maintain the optimum slab span lengths in the transverse direction.

Keywords

  • Heuristic optimization;
  • energy savings;
  • sustainable construction;
  • precast-prestressed concrete structures

 

Referencia:

MART脥, J.V.; GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V. (2016). Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road聽bridges based on embodied energy.Journal of Cleaner Production, 120:231-240. DOI:聽10.1016/j.jclepro.2016.02.024(link)

 

22 marzo, 2016
 
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La optimizaci贸n de estructuras

驴Cu谩ndo empieza realmente la optimizaci贸n de las estructuras? Dif铆cil pregunta a resolver. Si bien los aspectos b谩sicos relacionados con la聽optimizaci贸n matem谩tica聽se establecieron en los siglos XVIII y XIX con los trabajos de Lagrange o Euler, hay que esperar hasta los a帽os 40 del siglo XX para que聽Kantorovich聽y聽Dantzing聽desarrollaran definitivamente los principios de la programaci贸n matem谩tica. 聽Es a partir de la revoluci贸n inform谩tica de los a帽os 70 cuando estas herramientas empiezan a ser empleadas habitualmente en numerosas aplicaciones en las ciencias, las ingenier铆as y los negocios. Sin embargo, el progreso de t茅cnicas de optimizaci贸n que no requieran derivadas y que se generen a trav茅s de reglas heur铆sticas, ha supuesto una aut茅ntica revoluci贸n en el campo de la optimizaci贸n de los problemas reales. En efecto, los m茅todos aproximados pueden utilizarse all铆 donde el elevado n煤mero de variables en juego impiden la resoluci贸n en un tiempo de c谩lculo razonable de los problemas mediante la programaci贸n matem谩tica. A estos algoritmos de optimizaci贸n aproximada, cuando su uso no est谩 restringido a un solo tipo de problemas, la comunidad cient铆fica en el 谩mbito de la聽inteligencia artificial聽y la聽investigaci贸n operativa聽les ha dado el nombre de聽metaheur铆sticas. Este grupo incluye una amplia variedad de procedimientos inspirados en algunos fen贸menos naturales, tales como los聽algoritmos gen茅ticos, el聽recocido simulado聽o la聽optimizaci贸n por colonias de hormigas聽. Liao et al. [1] presentan una revisi贸n de la aplicaci贸n de los m茅todos heur铆sticos en el campo de la gesti贸n del proyecto y de la construcci贸n. (m谩s…)

19 diciembre, 2015
 
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Dise帽o de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimizaci贸n h铆brida de escalada estoc谩stica

Resumen: Este art铆culo se ocupa del dise帽o autom谩tico de estribos abiertos de hormig贸n armado en puentes de carretera de coste m铆nimo, empleando para ello dos algoritmos h铆bridos de escalada estoc谩stica con operadores de mutaci贸n basados en los algoritmos gen茅ticos. Los algoritmos empleados se basan en el recocido simulado (SAMO) y en la aceptaci贸n por umbrales (TAMO). Ambos algoritmos se aplican a un estribo definido por 40 variables discretas. Se han comprobado ahorros econ贸micos superiores al 18 % respecto a un estribo de referencia de una altura de 9 m realmente construido, con diferencias peque帽as entre ambos algoritmos, del 0,5 % a favor de SAMO. Adem谩s, se ha realizado un estudio param茅trico para alturas de estribo entre 6 y 15 m para diferentes tensiones admisibles del terreno que ofrece criterios de predimensionamiento a los proyectistas. Se ha comprobado, adem谩s, que el ahorro econ贸mico se localiza fundamentalmente en la zapata de estas estructuras.

Palabras clave: Hormig贸n estructural; optimizaci贸n heur铆stica; estribos; recocido simulado; aceptaci贸n por umbrales; dise帽o estructural; puentes.

C贸mo citar este art铆culo/Citation: Luz, A., Yepes, V., Gonz谩lez-Vidosa, F., Mart铆, J. V. (2015). Dise帽o de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimizaci贸n h铆brida de escalada estoc谩stica. Informes de la Construcci贸n, 67(540): e114, doi: http://dx.doi.org/10.3989/ic.14.089.

Descargar (PDF, 883KB)

14 octubre, 2015
 
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Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges

Fig 1En este post os dejo el resumen, la referencia y el enlace a un art铆culo que acaban de publicarnos en la revista Engineering Structures donde aplicamos esta metodolog铆a en la optimizaci贸n sostenible del dise帽o de una pasarela peatonal formada por una viga caj贸n postesada. Esta investigaci贸n est谩 financiada dentro del Proyecto HORSOST (BIA2011-23602) financiado por el Ministerio de Ciencia e Innovaci贸n.

Resumen: Este art铆culo聽tiene como objetivo el dise帽o sostenible de puentes viga peatonales de hormig贸n postesado de secci贸n en caj贸n. Para ello se utiliza un algoritmo heur铆stico h铆brido de b煤squeda arm贸nica (hybrid harmony search) con la aceptaci贸n por umbrales para encontrar la geometr铆a y los materiales necesarios para que la suma de los costos y聽la huella de carbono sea lo m谩s baja posible, cumpliendo con todas las restricciones de seguridad estructural y durabilidad. Para ajustar los par谩metros del algoritmo se utiliz贸 la metodolog铆a del dise帽o de experimentos. Se realiz贸 asimismo un estudio param茅trico en pasarelas de 90 a 130 m de luz. Los resultados encontrados indican que la optimizaci贸n con ambas funciones objetivo conducen a resultados similares en coste, si bien con soluciones diferentes. Los resultados sugieren que la reducci贸n en las emisiones de CO2 conllevan mayores cantos, m谩s pretensado y menores resistencias caracter铆sticas del hormig贸n empleado. 聽La metodolog铆a presentada supone una propuesta聽detallada de las reglas聽de predimensionamiento de este tipo de estructuras teniendo en cuenta un enfoque medioambiental.

Palabras clave: Dise帽o sostenible, hormig贸n postesado, viga en caj贸n, pasarelas, optimizaci贸n, b煤squeda arm贸nica.

Referencia:聽GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V.; ALCAL脕, J.; P脡REZ-L脫PEZ, E. (2015). Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92:112-122. DOI:聽10.1016/j.engstruct.2015.03.015 (link)

18 julio, 2015
 
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Teor铆a del valor extremo aplicada a la optimizaci贸n de puentes

camion grande_tcm17-2842Resumen–El art铆culo establece un criterio de parada para un聽algoritmo multiarranque basado en el recocido simulado聽aplicado a la optimizaci贸n de losas de puentes de vigas聽prefabricadas de hormig贸n pretensado. Para ello se ha聽comprobado que los 贸ptimos locales encontrados constituyen聽valores extremos que ajustan a una funci贸n Weibull de tres聽par谩metros, siendo el de posici贸n, 纬, una estimaci贸n del聽贸ptimo global que puede alcanzar el algoritmo. Se puede聽estimar un intervalo de confianza para 纬 ajustando una聽distribuci贸n Weibull a muestras de 贸ptimos locales extra铆das聽mediante una t茅cnica bootstrap de los 贸ptimos disponibles. El聽algoritmo multiarranque se detendr谩 cuando se acote el聽intervalo de confianza y la diferencia entre el menor coste聽encontrado y el te贸rico ajustado a dicha funci贸n Weibull.

Palabras clave— Puentes pretensados, teor铆a del valor聽extremo, recocido simulado, optimizaci贸n heur铆stica, dise帽o聽de estructuras.

Referencia:聽YEPES, V.; MART脥, J.V. (2015).聽Teor铆a del valor extremo como criterio de parada en algoritmos estoc谩sticos multiarranque. Aplicaci贸n a la optimizaci贸n heur铆stica de puentes.聽X Congreso Espa帽ol de Metaheur铆sticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados – MAEB 2015, 4-6 de febrero, M茅rida, 聽329-336.聽ISBN:聽978-84-697-2150-6.

18 febrero, 2015
 
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Algoritmo h铆brido de enjambre de luci茅rnagas y aceptaci贸n por umbrales para el dise帽o de vigas

puente CV-13 construcci贸nResumen鈥Este estudio convierte el dise帽o estructural en una聽optimizaci贸n de variables discretas. Se propone un algoritmo聽h铆brido de enjambre de luci茅rnagas para buscar soluciones聽con menores emisiones totales y anuales. El algoritmo聽combina la b煤squeda colectiva de la optimizaci贸n de聽enjambre luci茅rnagas 鈥済lowworm swarm optimization鈥(GSO)聽y la capacidad de b煤squeda local del umbral de aceptaci贸n聽鈥渢hreshold accepting鈥 (TA). La estructura propuesta es una聽viga de hormig贸n en doble T biapoyada definida por 20聽variables. Se estudia la resistencia del hormig贸n desde 30MPa聽hasta 100MPa. Esta comunicaci贸n propone un m茅todo para聽calibrar los par谩metros del algoritmo con independencia de聽la funci贸n objetivo y del tama帽o del enjambre. Los resultados聽muestran que TAGSO consigue dise帽os de vigas que emiten聽un 25% menos de CO2. La optimizaci贸n de las emisiones聽anuales reduce la cantidad de CO2 al a帽o en un 61% con un聽incremento total de las emisiones de CO2 del 9%.

Palabras clave-– Enjambre de luci茅rnagas, algoritmo h铆brido,聽hormig贸n de alta resistencia, variables discretas.

Referencia:聽GARC脥A-SEGURA, T.; YEPES, V.; MART脥, J.V.; ALCAL脕, J. (2015). Algoritmo h铆brido de enjambre de luci茅rnagas y aceptaci贸n por umbrales para dise帽o de vigas.X Congreso Espa帽ol de Metaheur铆sticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados 鈥 MAEB 2015, 4-6 de febrero, M茅rida, pp. 699-705.聽ISBN:聽978-84-697-2150-6.

18 febrero, 2015
 
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Aplicaci贸n de metaheur铆sticas en la optimizaci贸n de pasos superiores de carreteras

VigasArtesas_09Resumen–El art铆culo se ocupa de la optimizaci贸n econ贸mica聽de los tableros de los pasos superiores de carreteras formados聽por una losa de hormig贸n ejecutada in situ y dos vigas artesa聽prefabricadas de hormig贸n pretensado autocompactable. Se聽comprueba la eficacia de las distintas metaheur铆sticas聽aplicadas en la optimizaci贸n: 鈥渄escent local search鈥 (DLS),聽鈥渟imulated annealing鈥 (SA), 鈥渢hreshold accepting鈥 (TA),聽鈥済enetic algoritms鈥 (GA) y 鈥渕emetic algorithms鈥 (MA). Los聽c谩lculos de las tensiones y de sus envolventes, son聽programados en lenguaje fortran 聽directamente por los聽autores. Los algoritmos de optimizaci贸n heur铆stica se aplican聽a un tablero de 35 m de luz y 12 m de ancho. Los par谩metros聽que definen la forma de la secci贸n de la viga se adaptan a los聽moldes de una instalaci贸n de prefabricados. El ejemplo que se聽analiza consta de 59 variables discretas. El m贸dulo de la聽evaluaci贸n incluye los estados l铆mite 煤ltimo y de servicio que聽se aplican com煤nmente para estas estructuras: flexi贸n,聽cortante, torsor, fisuraci贸n, flechas, etc. Los algoritmos SA y聽TA se han calibrado previamente a partir del DLS, y el MA a聽partir del GA y del SA. Cada heur铆stica se procesa nueve聽veces, obteni茅ndose informaci贸n estad铆stica sobre el valor聽m铆nimo, el medio y las desviaciones. Se realiza un an谩lisis del聽rendimiento de las distintas heur铆sticas, basado en un estudio聽de las soluciones Pareto-贸ptimas entre tiempo de ejecuci贸n y聽rendimiento. Los mejores resultados se obtienen para el SA y聽el TA, siendo el coste m铆nimo de 108008 鈧, correspondiente al聽SA. Finalmente, entre las principales conclusiones de este聽estudio, destaca que las soluciones y los tiempos de proceso聽computacional son tales, que estos m茅todos se pueden aplicar聽de un modo pr谩ctico a casos reales, y que el conocimiento聽derivado del uso de estos algoritmos permiten 聽recomendar聽rangos de valores para emplearlos en el dise帽o optimizado de聽estas estructuras y en su aplicaci贸n para los聽predimensionados de las variables.

Palabras clave鈥擮ptimizaci贸n, metaheur铆stica, puentes, pasos聽superiores, dise帽o de estructuras.

Referencia: MART脥, J.V.; YEPES, V.; GARC脥A-SEGURA, T. (2015). Aplicaci贸n de metaheur铆sticas en la optimizaci贸n de pasos superiores de carreteras. X Congreso Espa帽ol de Metaheur铆sticas, Algoritmos Evolutivos y Bioinspirados 鈥 MAEB 2015, 4-6 de febrero, M茅rida, pp. 241-247. ISBN:聽978-84-697-2150-6.

12 febrero, 2015
 
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