Optimización heurística multiobjetivo de tableros anchos de puentes losa pretensados

Abstract

[ES] Los puentes son la obra por excelencia más emblemática para los ingenieros civiles. Desde los antiguos romanos ya se planteó la necesidad de construir estructuras que permitieran el paso por encima de valles y ríos, economizando así en distancia y tiempo. En nuestros días, los tableros losa de hormigón pretensado son junto con los tableros de vigas prefabricadas, las tipologías habitualmente más empleadas en la construcción de pasos superiores con luces moderadas. En la actualidad, el proyectista diseña este tipo de estructuras utilizando la experiencia y una serie de reglas de buena práctica. Cada diseño supone cuatro o cinco pruebas encajando la mejor solución en cada situación, por lo que un buen diseño está muy relacionado al buen hacer del proyectista. Estas obras son tan comunes que el proyectista no se puede permitir dedicarle el tiempo necesario al diseño como si de una obra singular se tratara, realizando así estructuras sancionadas según la experiencia pero no necesariamente optimizadas. La automatización en el diseño con una herramienta informática que además optimiza, supone una ventaja competitiva tanto en aspectos económicos como de tiempo. En esta tesis se aborda el problema de plantear una herramienta informática que permita realizar el diseño óptimo y automático de este tipo de estructuras. Para ello, se han aplicado técnicas de optimización estructural. Por la complejidad del problema, ya sea el elevado número de variables o de las restricciones al mismo, se hace inviable la optimización matemática exacta por lo que se ha optado por el empleo de técnicas aproximadas de optimización condicionada. Estas técnicas permiten abordar el problema en su totalidad dando muy buenos resultados a un tiempo computacional aceptable. El criterio de decisión principal a la hora de diseñar este tipo de estructuras siempre ha sido el aspecto económico. Sin embargo, últimamente hay una mayor tendencia a introducir aspectos medioambientales y de sostenibilidad en los diseños. En este trabajo se han planteado tres objetivos en la optimización; El coste de construcción de la obra en euros, y los costes asociados en CO2 y Energía. Esta tesis es la continuación de la investigación empezada por Alcalá (2010); Optimización heurística económica de tableros de puentes losa pretensado. Se ha profundizado en varios aspectos. Primero, el modelo de cálculo de tablero pasa de un modelo viga a un emparrillado plano. Esto permite ampliar la casuística de tableros analizados pudiendo adoptar todo el ancho de plataforma permitido por la normativa. Además, se han introducido los hormigones de alta resistencia como posible alternativa a los convencionales. En la parte de optimización, se han introducido nuevas funciones objetivo para evaluar aspectos medioambientales y de sostenibilidad, y se ha planteado la resolución de problemas multiobjetivo para considerar la interacción en la optimización entre los puentes económicos y los ecológicos.

[EN] The bridges are the most emblematic structures in excellence for civil engineers. The ancient Romans already propound the need to build structures to allow the overpass through valleys and rivers producing important savings in distance and time. In our days the most common decks used in the bridges with moderate spans are the decks composed by precast concrete beams, and the prestressed concrete slab decks. Today, the engineer designs these structures using the experience and a set of rules of good practice. In each design the engineer makes four o five tests fitting the best solution in every situation, so a good design is very closely related to the experience of the designer. These structures are so common that the engineer cannot afford to spend the time needed in the design as in a singular structure, making the designs sanctioned by the experience but not necessarily optimized. Making a automated process in the designs with an software tool is a competitive advantage both economically and in time savings. This thesis propounds the problem of designing a software tool that allows the automated and optimum design of these structures. Structural optimization techniques have been applied. Due to the complexity of the problem, whether the high number of variables or the complexity in the constraints, it becomes unfeasible the exact mathematical optimization. So, approximate conditional optimization techniques have been applied. These techniques can approach the complete problem giving very good results with an acceptable computational time. The most important designing criterion in this type of structure has always been the economic aspect. However, there is a greater tendency to introduce environmental and sustainability aspects in the designs. In this thesis we have proposed three objectives in the optimization, the economic cost of the construction work in euros, and the costs associated to the embedded CO2 and Energy. This thesis is the continuation in the research begun by Alcalá (2010), Economic heuristic optimization of prestressed concrete slab bridge decks. This works deepens in several aspects. First, the structural model is a plane grid instead of a beam. This allows considering all the decks widths permitted in the Spanish Codes. Also, in addition to the conventional concretes, the ultra high performance concretes have been introduced as a possible alternative. In the optimization process, new objective functions have been introduced to assess environmental and sustainability issues. And new algorithms have been implemented to resolver multiobjective problems for study the interaction between the economic and the ecologic bridges