Estudio del diseño óptimo para el tablero del viaducto situado en el Km. 441 de la A-7 en el T.M de Cocentaina (Alicante). Optimización mediante modelos kriging

Abstract

[EN] In Spain, it is common to solve the upper road steps using prestressed lightweight slab-type panels. Due to the number of structures of this type that are projected, it is of great interest to know how to apply a methodology that allows more economic designs. Today's knowledge about structural optimization is extremely theoretical, making it difficult for designers to apply. The objective is to design a methodology that allows the economic optimization of the Board. First, you will analyze the type of cross section of the projected bridge to know the main parameters that condition its design. To this end, recommendations will be used to establish the usual dimensional range for this structural typology, as well as the maximum and minimum values that these parameters can take. Then it will establish which parameters will be converted into variables to carry out the optimal design of the board. The cost of the board of the bridge can be reduced depending on the appropriate selection of the basic variables that define the design. Once these restrictions are known, a Latin hypercube sampling of the design variables of the bridge board is carried out. It is a statistical method that allows to generate a sample of possible collections of values of the parameters of a multidimensional distribution. This sampling allows to obtain the combinations of parameters that make up the different structural designs of the cross section of the board and they are the entry to the optimization model. Then the different designs obtained are analyzed. To this end, a computer program has been implemented that performs the checks, both in the last limit state and in the state of service limit that the regulations require for these structures. With the structural designs obtained in the sampling, once structurally verified, an economic valuation of the Board is carried out. In it, it analyzes and compared those costs that acquire a special relevance in the analysis as a differentiation between one design or another. Specifically, it has analyzed the type of concrete used, the amount of active and passive steel, the volume of lightenings and the formwork surface used. Finally, with the economic valuation and the differentiating characteristics of each design is carried out a heuristic optimization based on a metamodel Kriging. With it, an alternative solution has been obtained to the original design of the most economical viaduct board. In short, it is a question of applying a rational methodology capable of systematically and organized reduction of the economic cost of the Board of the bridge. It should be noted that the methodology used can be applied to any other type of calculation of structures and is a procedure that we estimate valuable in the previous phase of study of solutions of this type projects.

[CA] A Espanya, és freqüent resoldre els passos superiors de carreteres per mitjà de taulers tipus llosa alleugerida pretesada. A causa del nombre d'estructures d'aquest tipus que es projecten, és de gran interés conéixer com aplicar una metodologia que permeta dissenys més econòmics. Els coneixements existents, hui en dia, sobre l'optimització estructural són extremadament teòrics, la qual cosa dificulta la seua aplicació als projectistes. L'objectiu d'aquest Treball Final de Màster és dissenyar una metodologia que permeta l'optimització econòmica del tauler. En primer lloc, es va a analitzar el tipus de secció transversal del pont projectat per a conéixer els principals paràmetres que condicionen el seu disseny. Per a això, se'n va a recórrer a recomanacions que establiran el rang dimensional habitual per a esta tipologia estructural, així com els valors màxims i mínims que poden adoptar els dits paràmetres. A continuació s'establiran quins paràmetres es van a convertir en variables per a dur a terme el disseny òptim del tauler. El cost del tauler del pont podrà reduir-se en funció de l'adequada selecció de les variables bàsiques que definixen el disseny. Una vegada conegudes estes restriccions es realitza un mostratge per hipercub llatí de les variables de disseny del tauler del pont. Es tracta d'un mètode estadístic que permet generar una mostra de col·leccions possibles de valors dels paràmetres d'una distribució multidimensional. Este mostratge permet obtindre les combinacions de paràmetres que conformen els distints dissenys estructurals de la secció transversal del tauler i són l'entrada al model d'optimització. A continuació són analitzats els distints dissenys obtinguts. Per a això, s'ha implementat un programa informàtic que realitza les comprovacions, tant en Estat Límit Últim com en Estat Límit de Servici que la normativa exigix per a estes estructures. Amb els dissenys estructurals obtinguts en el mostratge, una vegada verificats estructuralment, es realitza una valoració econòmica del tauler. En ella, s'analitzen i comparen aquells costos que adquirixen una especial rellevància en l'anàlisi a manera de diferenciació entre un disseny o un altre. Concretament s'ha analitzat el tipus de formigó empleat, la quantia d'acer actiu i passiu, el volum d'alleugeriments i la superfície d'encofrat empleat. Finalment, amb la valoració econòmica i les característiques diferenciadores de cada disseny es du a terme una optimització heurística basada en un metamodel Kriging. Amb ella, s'ha obtingut una solució alternativa al disseny original del tauler viaducte més econòmica. En definitiva, es tracta d'aplicar una metodologia racional capaç de reduir el cost econòmic del tauler del pont. Cal destacar que la metodologia empleada e pot aplicar-se a qualsevol altre tipus de càlcul d'estructures i és un procediment que estimem valuós en la fase prèvia d'estudi de solucions de projectes d'aquest tipus.

[ES] En España, es frecuente resolver los pasos superiores de carreteras mediante tableros tipo losa aligerada pretensada. Debido al número de estructuras de este tipo que se proyectan, es de gran interés conocer cómo aplicar una metodología que permita diseños más económicos. Los conocimientos existentes, hoy en día, acerca de la optimización estructural son extremadamente teóricos, lo que dificulta su aplicación a los proyectistas. El objetivo es diseñar una metodología que permita la optimización económica del tablero. En primer lugar, se va a analizar el tipo de sección transversal del puente proyectado para conocer los principales parámetros que condicionan su diseño. Para ello, se va a recurrir a recomendaciones que establecerán el rango dimensional habitual para esta tipología estructural, así como los valores máximos y mínimos que pueden adoptar dichos parámetros. Seguidamente se establecerán qué parámetros se van a convertir en variables para llevar a cabo el diseño óptimo del tablero. El coste del tablero del puente podrá reducirse en función de la adecuada selección de las variables básicas que definen el diseño. Una vez conocidas estas restricciones se realiza un muestreo por hipercubo latino de las variables de diseño del tablero del puente. Se trata de un método estadístico que permite generar una muestra de colecciones posibles de valores de los parámetros de una distribución multidimensional. Este muestreo permite obtener las combinaciones de parámetros que conforman los distintos diseños estructurales de la sección transversal del tablero y son la entrada al modelo de optimización. Seguidamente son analizados los distintos diseños obtenidos. Para ello, se ha implementado un programa informático que realiza las comprobaciones, tanto en Estado Límite Último como en Estado Límite de Servicio que la normativa exige para estas estructuras. Con los diseños estructurales obtenidos en el muestreo, una vez verificados estructuralmente, se realiza una valoración económica del tablero. En ella, se analizan y comparan aquellos costes que adquieren una especial relevancia en el análisis a modo de diferenciación entre un diseño u otro. Concretamente se ha analizado el tipo de hormigón empleado, la cuantía de acero activo y pasivo, el volumen de aligeramientos y la superficie de encofrado empleado. Finalmente, con la valoración económica y las características diferenciadoras de cada diseño se lleva a cabo una optimización heurística basada en un metamodelo Kriging. Con ella, se ha obtenido una solución alternativa al diseño original del tablero viaducto más económica. En definitiva, se trata de aplicar una metodología racional capaz de reducir el coste económico del tablero del puente. Cabe destacar que la metodología empleada puede aplicarse a cualquier otro tipo de cálculo de estructuras y es un procedimiento que estimamos valioso en la fase previa de estudio de soluciones de proyectos de este tipo.