Optimización heurística de bóvedas de paso de hormigón armado

Resumen

El objeto del presente trabajo fue obtener un algoritmo capaz de automatizar totalmente el diseño, cálculo y optimización económica de bóvedas para pasos y utilizarlo, una vez obtenido, para establecer reglas de diseño y predimensionado para este tipo de estructuras. El algoritmo se desarrolló, basándose en las metaheurísticas Simulated Annealing y Threshold Accepting, que presentan un ámbito de aplicabilidad extraordinariamente amplio; para la primera de las dos se ensayaron cuatro criterios de aceptación de candidaturas de movimiento, alternativos al original Criterio de aceptación de Metropolis. El algoritmo incluye la adopción de la penalización de las propuestas no factibles, para tratar de modo totalmente conexo el espacio de soluciones. Asimismo, se ha dotado de un motor de presentación de candidaturas de movimiento, basado en la distribución normal, lo que ha comportado incrementar fuertemente el rendimiento de las búsquedas sobre el correspondiente a mecanismos más convencionales, basandos en la instrumentalización de variables estocásticas uniformes. También se han introducido reglas de pautado, que permiten variar de manera progresiva la configuración de los parámetros de control que regulan el funcionamiento de la metaheurística, de acuerdo con el avance de la optimización. Tanto los mencionados parámetros de control, como el resto de los parámetros básicos de regulación del funcionamiento de las metaheurísticas empleadas para la búsquedas, fueron establecidos de manera que admitiesen su calibración automática mediante una rutina específica de recursión, diseñada sobre la base de la metaheurística Simulated Annealing. El modelo desplegado para discretizar la estructura de hormigón armado ha sido dispuesto para que maneje directamente las variables de definición de la misma, no utilizándose estructuras de datos intermedias, admitiéndose la eventual extensión de la retícula para un número más cuantioso de vigas. La puesta en funcionamiento del algoritmo, llevada a cabo tras haber efectuado la calibración automática de las metaheurísticas, ha permitido, en primer lugar, generar una solución modelo para una tipología de bóveda concreta, que comparada con otros cálculos convencionales conocidos, comportó un ahorro del orden del 10%, en segundo lugar, permitió crear una serie de reglas genéricas para el predimensionamiento y análisis apriorístico del coste incurrido con relación a parámetros básicos como el diámetro de la bóveda y la altura de tierras sobre la generatriz superior y, en tercer lugar, habiéndose comparado el rendimiento de las variantes de metaheurística planteadas, se puso de manifiesto que una nueva formulación, propuesta en el trabajo, obtuvo los rendimientos más favorables.