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¿Cómo nos enseñan las luciérnagas a diseñar puentes prefabricados más baratos y sostenibles?

• Investigadores de la Universitat Politècnica de València desarrollan una nueva metodología que permite el diseño automático de puentes de vigas prefabricadas de carreteras con menos coste y emisiones de CO2, basándose para ello en la aplicación del comportamiento social de las luciérnagas
 

• Este trabajo aparece publicado en la revista Automation in Construction

 

El comportamiento social de las luciérnagas permite elaborar algoritmos que facilitan a los ingenieros diseñar de forma automática estructuras de hormigón, en este caso puentes de vigas prefabricadas en artesa más baratas y cuya construcción sea más respetuosa con el medio ambiente. Así lo expone un reciente trabajo desarrollado por investigadores de la Universitat Politècnica de València y publicado en la revista Automation in Construction. En este trabajo se dan, además, reglas de predimensionamiento óptimo para facilitar a los ingenieros proyectistas y a las empresas de prefabricados ajustar sus diseños.

Desde el Instituto de Ciencia y Tecnología del Hormigón (ICITECH) de la UPV, los investigadores Víctor Yepes, José V. Martí y Tatiana García, han desarrollado una metodología que permite minimizar las emisiones de CO2 y los costes de los puentes de carretera de vigas de hormigón (en concreto, los de vigas de hormigón pretensado prefabricadas con sección transversal en doble U).  Y la clave reside en la simulación en el ordenador, a la hora del diseño de la infraestructura, del comportamiento social de las luciérnagas. 

Según explica Víctor Yepes, las luciérnagas se comportan como colectivo de forma inteligente y  basan su comportamiento social en la luminosidad que emiten (luciferina).  “Su característica más distintiva es el cortejo nocturno: los machos patrullan en busca de pareja con un vuelo característico mientras emiten secuencias de destellos de luz propios de cada especie. Y las hembras de la misma especie pueden responder con destellos específicos y así puede ocurrir el apareamiento. Cada luciérnaga selecciona, utilizando un mecanismo probabilístico, un vecino que tiene un valor más alto de luciferina que el suyo propio y se mueve hacia él. Trasladando este comportamiento al diseño de los puentes, se han conseguido ahorros significativos respecto al diseño de puentes reales, apunta Yepes.



Además, los resultados indican que, de media, la reducción de 1 euro en coste permite ahorrar hasta 1,75 Kg en emisiones de CO2. Este resultado es de gran importancia cara a la reducción de gases de efecto invernadero, responsables del calentamiento global del planeta.


En el desarrollo de la nueva metodología los investigadores han utilizado un algoritmo híbrido de optimización por enjambre de luciérnagas (glowworm swarm optimization, GSO) y el recocido simulado (simulated anneling, SA), denominado SAGSO. “En este algoritmo, la estructura del puente se define a partir de 40 variables, que incluyen los tipos de materiales y las armaduras de la viga y de la losa. El algoritmo considera cada puente como una luciérnaga, de forma que un puente de menor coste o emisiones presenta un mayor valor de luciferina, es decir, resulta más prometedor en la búsqueda de mejores soluciones. Este principio permite optimizar al máximo su diseño, apunta Víctor Yepes. Además, nuestro grupo de investigación ha empleado otro tipo de algoritmos como los algoritmos genéticos, el recocido simulado, las colonias de hormigas, la aceptación por umbrales y otros relacionados con la inteligencia artificial.


Este trabajo se enmarca dentro del proyecto HORSOST, financiado por el Ministerio de Economía y Competitividad. A lo largo de estos años se han aplicado algoritmos de optimización a distintos tipos de estructuras como muros nervados, pilas de puentes, estribos, marcos de carretera, bóvedas, pórticos de edificación, losas nervadas, losas postesadas, vigas prefabricadas pretensadas y puentes postesados. La tecnología desarrollada está a disposición para ser transferida para su uso al sector, siendo especialmente recomendada en empresas dedicadas al sector de la prefabricación.


Referencias


Víctor Yepes, José V. Martí, Tatiana García-Segura (2015). Cost and CO2 emission optimization of precast–prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction, 49:123-134. DOI: 10.1016/j.autcon.2014.10.013

http://horsost.blogs.upv.es/

http://victoryepes.blogs.upv.es/publicaciones/articulos-jcr/