OPTIMIZACIÓN DE LOSAS ALVEOLARES PRETENSADAS EN SITUACIÓN ACCIDENTAL DE INCENDIO

Abstract

[EN] Prestressed hollow core slabs are precast concrete elements used for floors when large span and high load level are required, due to their high ratio between height and available span. Hollow core slabs are manufactured in industrial facilities, therefore finding optimal geometries and reinforcement configurations are feasible thanks to their repeatable production process. Few research works have been focused on geometry and reinforcement optimization for hollow core slabs, and no one was related to their optimization under fire conditions. Based on what was observed in the state of the art of this research, this paper applies the theory called simulated annealing optimization (Simulated Annealing, SA). This theory tries to minimize an objective function based on a cost structure. This heuristic technique was chosen to reach the aim of the work using the maximum number of variables to define the cross-section and the reinforcement configuration. All the Spanish standards requirements were cheeked. The experimental plan is based on finding optimal geometries of hollow core slabs considering requirements in the fire situation for 30, 60, 90 and 120 minutes of fire resistant ratio, compared with more representative commercial manufacturer series. The study was carried out using 2.0 kN / m2 of dead load and 5.0 kN / m2 of live load. To achieve the objective, the SA algorithm was calibrated, establishing a movement of 6 variables with an initial temperature calculated for an initial acceptance of 60%. A Markov chain length of 1000 was established, with a stop condition that freezes the algorithm when the last Markov chain obtain an accepted solution ratio lower than 0.8%. The cooling schedule fixed was a temperature decrease of 0.95% from the previous temperature step. A sensibility analysis was performed, studying the influence on the solution of the concrete price fluctuations, the strength of the materials used, as well as the layout and number of hollows. Hollows geometry was also varied depends on the manufacturing technology employed. As a result, hollow core slab designs which fulfill with all standard requirements, at room temperature and in the fire situation, were obtained. These new designs can reach an economic reduction cost from 7.21 % to 21.45 %.

[ES] Las placas alveolares pretensadas son elementos prefabricados de hormigón armado pretensado, que se utilizan como elemento resistentes en forjados unidireccionales, cuando se requiere cubrir grandes luces y con un nivel de carga elevado, ya que la relación canto del elemento con respecto a la luz cubierta es muy alto. Las placas alveolares son productos industrializados para edificación, por tanto, su materialización se realiza en instalaciones industriales, lo que hace que la búsqueda de geometrías y armados óptimos, para la misma, sea factible dada la repetitividad en la producción. Son pocos los trabajos de investigación que se han encaminado hacia la búsqueda de la optimización geométrica y del armado de las placas alveolares, y ninguna hacia la optimización de placas alveolares en situación accidental de incendio. A partir de lo observado en el estado del arte de la investigación, este trabajo aplicará la teoría de optimización denominada cristalización simulada (Simulated Annealling SA), con ella se buscará minimizar una función objetivo, basada en una estructura de costes. Esta técnica heurística se ha elegido para plantear el problema con el mayor número posible de variables, definiendo la geometría de la sección transversal y el armado, realizándose las comprobaciones que establece la norma española. El plan experimental se basa en la búsqueda de geometrías de placa alveolar óptimas teniendo en cuenta los requerimientos en situación accidental de incendio a 30, 60, 90 y 120 minutos, con relación a la serie de placas de un fabricante, tomado como referencia sus tipos de la serie de placas de canto 25 cm más representativos Para alcanzar este objetivo, se ha calibrado el algoritmo SA, estableciendo un movimiento de 6 variables, con una temperatura inicial calculada para una aceptación inicial del 60%, se ha establecido una longitud de cadena de Markov de 1000, con un criterio de parada que congela el algoritmo cuando la última cadena de Markov pase de un porcentaje de soluciones aceptadas inferior al 0.8%, marcando un patrón de enfriamiento del 0,95% respecto a la temperatura anterior. Se ha realizado un estudio de la sensibilidad de la solución en función de la variación del precio del hormigón, así como con la variación de la resistencia característica del material de la placa, disposición y tipo de armado y del número de alveolos. También se ha variado la geometría de los alveolos teniendo en cuenta la tecnología de fabricación a emplear. Como resultado se han obtenido geometrías de placa que cumplen todos los requerimientos normativos en situación permanente y transitoria, así como en situación accidental de incendio, con unas reducciones de coste medio económico en el caso menor del 7.21 %, hasta un máximo del 21.45%.

[CA] Les lloses alveolars pretensades son elements prefabricats de formigó armat pretensat, que s'utilitzen com element resistents en forjats unidireccionals, quan se requereix cobrir grans llums i en un nivell de carrega elevada, ja que la relació cant de l'element en respecte a la llum coberta es molt alt. Les plaques alveolars son productes industrialitzats per a edificació, per tant, la seua materialització se realitza en instal¿lacions industrials, lo que fa que la busca de geometries i armats òptims, per a la mateixa, siga factible doneu la repetibilitat en la producció. Son pocs els treballs d'investigació que s'han encaminat cap a la busca de l'optimització geomètrica i de l'armat de les plaques alveolars, i ninguna cap a l' optimització de plaques alveolars en situació accidental d'incendi. A partir de lo observat en l'estat de l'art de la investigació, este treball aplicarà la teoria d' optimització denominada cristal¿lització simulada (Simulated Annealling SA), en ella se buscarà minimitzar una funció objectiva, basada en una estructura de costs. Esta tècnica heurística s'ha elegit per a plantejar el problema en el major numero possible de variables, definint la geometria de la secció transversal i l'armat, realitzant-se les comprovacions que estableix la norma espanyola. El pla experimental se basa en la busca de geometries de placa alveolar optimes tenint en conte els requeriments en situació accidental d'incendi a 30, 60, 90 i 120 minuts, en relació a la sèrie de plaques d'un fabricant, pres com referencia els seus tipos de la sèrie de plaques de cant 25 cm mes representatius. L'estudi se realitza per a una carrega morta de 2.0 kN/m2 i una sobrecarrega d'us de 5.0 kN/m2. Per a obtindré este objectiu, s'ha calibrat l'algoritme SA, establint un moviment de 6 variables, en una temperatura inicial calculada per a una acceptació inicial del 60%, s'ha establert una longitud de cadena de Markov de 1000, en un criteri de parada que congela l'algoritme quan l'ultima cadena de Markov passa de un percentatge de solucions acceptades inferior al 0.8%, marcant un patró de refredat del 0,95% respecte a la temperatura anterior. S'ha realitzat un estudi de la sensibilitat de la solució en funció de la variació del preu del formigó, aixina com en la variació de la resistència característica del material de la placa, disposició i tipo d'armat i del numero d'encaixos. També s'ha variat la geometria dels encaixos tenint en conte la tecnologia de fabricació a amprar. Com resultat s'han obtingut geometries de placa que compleixen tots els requeriments normatius en situació permanent i transitòria, aixina com en situació accidental d'incendi, en unes reduccions de cost mig econòmic en el cas menor del 7.21 %, fins un màxim del 21.45%.