Optimizacion Marcos Carretera

Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

http://personales.upv.es/vyepesp/ INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera

3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES

F. González, V. Yepes, J. Alcalá, M. Carrera y C. Perea.

6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Grupo de Investigación de Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras Departamento de Ingeniería de la Construcción y P.I.C. Universidad Politécnica de Valencia G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Introducción INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

Diseños seguros estructuralmente, pero la economía y la objetividad de los diseños estructurales queda muy ligada a la experiencia previa del ingeniero estructural

3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO

DISEÑO INICIAL

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO

CÁLCULO

DISEÑO VÁLIDO

si

DISEÑO FINAL

5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

DISEÑO MODIFICADO

no Optimización por “prueba-error”

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Optimización condicionada INDICE 1. INTRODUCCIÓN

Modelo matemático

2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO

Optimizar f(x) sujeto a (s.a.) x∈X⊆Ω

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Donde: x representa una solución. f(x) es la evaluación de una función objetivo arbitraria, f, de acuerdo con x. X es el espacio factible de soluciones. Ω es el espacio posible. G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Técnicas de optimización INDICE

Enumeración implícita 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

Ramificación y acotación Algoritmos de resolución exactos

Plano de corte Programación dinámica

3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE

Otros

PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN

Inviabilidad en muchos casos reales

ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y

Aportación de soluciones Procedimientos

FUTURA

satisfactorias

de resolución aproximados

Resolución en tiempo razonable

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Técnicas metaheurísticas INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN

Algoritmos genéticos

Inteligencia artificial

Lógica borrosa

SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN

Algoritmos meméticos

Redes neuronales

HORMIGÓN ARMADO

Búsqueda tabú

METAHEURÍSTICAS

GRASP

ARMADO 5. CONCLUSIONES

Evolución biológica

Búsqueda local guiada

Mecánica estadística

Estrategias evolutivas

Comportamiento de los insectos Colonias de hormigas

6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Búsqueda local iterada ...

Aceptación por umbrales

Cristalización simulada

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Técnicas metaheurísticas INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

(Yepes, 2002) G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización heurística de estructuras INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR

19911992

Jenkins Rajeev, Krisnamoorthy

Algoritmos genéticos

Peso de estructuras metálicas

1997

Coello, Christiansen, Santos

Algoritmos genéticos

Vigas de hormigón armado

2003

Hrstka et al. Leps y Sejnoha Lee y Ahn Camp et al.

Algoritmos genéticos

Vigas y pórticos de hormigón armado

2004

Alcalá Carrera Perea

Cristalización simulada, aceptación por umbrales

Muros, pórticos y marcos de carretera

CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

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Optimización mediante cristalización simulada INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

• Kirkpatrick, Gelatt y Vecchi (1983), y de forma independiente Cerny (1985). • SA es un algoritmo de búsqueda por entornos, que selecciona candidatos de forma aleatoria, admitiendo soluciones peores que la anterior con una determinada probabilidad función de un parámetro de ruido (temperatura) y de la diferencia entre la valoración de las funciones objetivo.

TERMODINÁMICA

OPTIMIZACIÓN

Configuración

Solución factible

Configuración fundamental

Solución óptima

Energía de la configuración

Coste de la solución

Temperatura

(?)

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Optimización mediante cristalización simulada INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización mediante cristalización simulada INDICE 1. INTRODUCCIÓN

Selección temperatura inicial

Probabilidad de aceptación

2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

t0

3. APLICACIÓN A

Medina (2001)

PÓRTICOS DE

 ∆ P = exp −   tk 

PASO DE HORMIGÓN ARMADO

Movimientos Cadena de Markov

Velocidad enfriamiento

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

¿0,1
No

No

t0 ← 2 t0

t0 ← t0 / 2

ti +1 = r ⋅ ti

i = 0,1,..., n

Temperatura final

Si

t0 G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

t f = k ⋅ t0 http://www.upv.es/gprc

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Estructuras objeto de estudio INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE

A) Pórtico de paso de carretera de hormigón armado

HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

B) Marco de paso de carretera de hormigón armado G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Estructuras objeto de estudio INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Unit

Cost (€)

Unidad kg de armadura pasiva (B-500S) m2 de encofrado en zapatas m2 de encofrado en muros m2 de encofrado losa superior m3 de cimbra m3 de hormigón en zapatas (mano de obra) m3 de hormigón en muros (mano de obra) m3 de hormigón en dintel (mano de obra) m3 de hormigón (alquiler bomba) m3 de hormigón HA-25 m3 de hormigón HA-30 m3 de hormigón HA-35 m3 de hormigón HA-40 m3 de hormigón HA-45 m3 de hormigón HA-50 m3 excavación cimientos m3 de relleno de trasdoses G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

Coste (€) 0.583 18.030 18.631 30.652 6.010 5.409 9.015 7.212 6.010 48.244 49.379 53.899 58.995 63.803 68.612 3.005 4.808 http://www.upv.es/gprc

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Estructuras objeto de estudio INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR

Factibilidad de las soluciones:

CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

- Cargas de la IAP para puentes de carretera (4 kN/m2; 600kN)

- ULS: - flexión - cortante

- SLS: - fisuración - flechas: • 1/250 para cargas quasipermanentes

- Fatiga del hormigón (sólo para los pórticos)

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a pórticos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO

Variables y parámetros 28 variables: 5 geométricas (espesor losa superior, de los muros y la puntera, talón y espesor de las zapatas) 3 tipos de hormigón (losa superior, paredes y zapatas) 20 tipos de armado

16 parámetros: Luz horizontal libre, luz vertical libre, cobertura de tierras, tensión admisible, coeficientes parciales de seguridad, etc.

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a pórticos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Variables de los pórticos de paso de hormigón armado G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a pórticos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Parámetros geométricos Luz horizontal 10.00 m. Luz vertical 6.00 m. Altura de tierras 0.10 m. Espesor del firme 0.00 m. Profundidad cimentación 0.00 m. Recubrimiento de las armaduras del muro 0.04 m. Recubrimiento de las armaduras del dintel 0.04 m. Recubrimiento de armaduras en zapatas 0.06 m. Parámetros del terreno Densidad del terreno. 2.00 t/m3 Coeficiente de empuje activo 0.33 Coeficiente de empuje al reposo 0.50 Tensión admisible del terreno 2.50 kp/cm2 Coeficientes de seguridad Nivel de control de ejecución Normal Nivel de control de los materiales Normal Parámetros de los ambientes exteriores Tipo de ambiente interior IIb Tipo de ambiente exterior IIa G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a pórticos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES

Cristalización simulada: 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

- Cadenas de Markov de 375 iteraciones - Coeficiente de enfriamiento de 0.70 - Mejor movimiento 4 de 28 variables - Tiempo de cálculo: 10.75 horas en AMD 1.49 GHz con Visual Basic 6.3 G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a pórticos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN

Coste mínimo: 2619 €/m

2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

Relación c/l: 1/26.67

3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO

Resumen de resultados de la optimización del pórtico de 10.00 m.

5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Solución no verifica fatiga Eurocódigo 2 de puentes de hormigón (CEN 1996).

Canto dintel Espesor muro Canto zapata Puntera zapata Talón zapata Hormigón zapata

0.375 m 0.400 m 0.400 m 0.950 m 0.750 m HA-25

Hormigón muros

HA-25

Hormigón dintel A1 A2 A6 A7 A8 A9 A15 A16 A20

HA-25 15ø12/m 10ø20/m 12.06 cm2/m 15ø12/m 8ø16/m 12ø8/m 10ø16/m 12ø10/m 9.05 cm2/m

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Aplicación a marcos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO

Variables y parámetros 44 variables: 2 geométricas (espesor de losas y paredes) 2 tipos de hormigón (losas y paredes) 40 tipos de armado

parámetros: Luz horizontal libre, luz vertical libre, cobertura de tierras, coeficiente de balasto, tensión admisible, coeficientes parciales de seguridad, etc.

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a marcos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Variables de los marcos de paso de hormigón armado G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

Aplicación a marcos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

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Aplicación a marcos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN

16000

120 Cost (euros)

2. OPTIMIZACIÓN POR

14000

CRISTALIZACIÓN

100

Temperature

PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE

12000

80

10000

60

8000

40

6000

20

4000

0

Temperature

3. APLICACIÓN A

Cost (euros)

SIMULADA

1.40

1.20

1.00

0.80

0.60

0.40

5. CONCLUSIONES

0.20

ARMADO

0.00

HORMIGÓN

Time (min) 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Cristalización simulada: - Cadenas de Markov de 500 iteraciones - Coeficiente de enfriamiento de 0.90 - Mejor movimiento 9 de 44 variables - Tiempo de cálculo: 47 min en PIV 2.4 GHz con Fortran G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Aplicación a marcos de paso de hormigón armado INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN

4478 €/m c/l = 1/20 160 kg/m3 armadura losa Sin fatiga 7.9% más económicos

ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Resultados optimización marco luz horizontal 13.00 m. G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Conclusiones INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

• Importancia de incluir el ELU de fatiga del hormigón (no habitual en estructuras de carretera). – La optimización del pórtico de 10 m lo ha puesto de importancia y la del marco de 13 m lo confirma.

• La esbeltez del marco optimizado 1/20 de relación canto/luz manifiesta la tendencia a – Soluciones bastante esbeltas. – Armados con cuantías elevadas. G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Conclusiones INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO

• Factibilidad de la optimización de estructuras de hormigón por métodos heurísticos como la cristalización simulada.

4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

• Metodología objetiva de diseño de estructuras no basada en la experiencia previa del ingeniero de estructuras. G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Trabajos de investigación en curso y futuro INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA 3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN

-

Pórticos de edificación Bóvedas Estribos de puentes Pilas huecas de puentes Puentes-losa pretensados para pasos superiores Losas mixtas para pasos superiores

ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES 6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera.

INDICE 1. INTRODUCCIÓN 2. OPTIMIZACIÓN POR CRISTALIZACIÓN SIMULADA

Optimización por cristalización simulada de pórticos y marcos de paso de carretera

3. APLICACIÓN A PÓRTICOS DE PASO DE HORMIGÓN ARMADO 4. APLICACIÓN A MARCOS DE HORMIGÓN ARMADO 5. CONCLUSIONES

F. González, V. Yepes, J. Alcalá, M. Carrera y C. Perea.

6. INVESTIGACIÓN EN CURSO Y FUTURA

Grupo de Investigación de Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras Departamento de Ingeniería de la Construcción Universidad Politécnica de Valencia G.I. Procedimientos de Construcción, Optimización y Análisis de Estructuras

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