Publicada By  V铆ctor Yepes Piqueras - algoritmo, costes, econom铆a, estructuras, hormig贸n, investigaci贸n, modelo matem谩tico, optimizaci贸n, ordenadores, Puentes, toma de decisiones    

驴Cu谩ndo empieza realmente la optimizaci贸n de las estructuras? Dif铆cil pregunta a resolver. Si bien los aspectos b谩sicos relacionados con la聽optimizaci贸n matem谩tica聽se establecieron en los siglos XVIII y XIX con los trabajos de Lagrange o Euler, hay que esperar hasta los a帽os 40 del siglo XX para que聽Kantorovich聽y聽Dantzing聽desarrollaran definitivamente los principios de la programaci贸n matem谩tica. 聽Es a partir de la revoluci贸n inform谩tica de los a帽os 70 cuando estas herramientas empiezan a ser empleadas habitualmente en numerosas aplicaciones en las ciencias, las ingenier铆as y los negocios. Sin embargo, el progreso de t茅cnicas de optimizaci贸n que no requieran derivadas y que se generen a trav茅s de reglas heur铆sticas, ha supuesto una aut茅ntica revoluci贸n en el campo de la optimizaci贸n de los problemas reales. En efecto, los m茅todos aproximados pueden utilizarse all铆 donde el elevado n煤mero de variables en juego impiden la resoluci贸n en un tiempo de c谩lculo razonable de los problemas mediante la programaci贸n matem谩tica. A estos algoritmos de optimizaci贸n aproximada, cuando su uso no est谩 restringido a un solo tipo de problemas, la comunidad cient铆fica en el 谩mbito de la聽inteligencia artificial聽y la聽investigaci贸n operativa聽les ha dado el nombre de聽metaheur铆sticas. Este grupo incluye una amplia variedad de procedimientos inspirados en algunos fen贸menos naturales, tales como los聽algoritmos gen茅ticos, el聽recocido simulado聽o la聽optimizaci贸n por colonias de hormigas聽. Liao et al. [1] presentan una revisi贸n de la aplicaci贸n de los m茅todos heur铆sticos en el campo de la gesti贸n del proyecto y de la construcci贸n.

En relaci贸n con la optimizaci贸n de las estructuras, si bien la informaci贸n m谩s antigua se remonta al siglo XV con los trabajos de聽Leonardo da Vinci聽y de聽Galileo Galilei聽sobre la disminuci贸n del peso de estructuras de madera, hay que esperar al siglo XIX con Maxwell y Levy, y a comienzos del siglo XX con Mitchell, para ver las primeras aportaciones en el dise帽o de m铆nimo peso de estructuras de arcos y cerchas met谩licas. En 1994, Cohn y Dinovitzer [2] realizaron una amplia revisi贸n de los m茅todos empleados en la optimizaci贸n de estructuras, comprobando que la inmensa mayor铆a de las investigaciones llevadas a cabo hasta entonces se basaban en la programaci贸n matem谩tica y en problemas m谩s bien te贸ricos, con una preponderancia abrumadora de las estructuras met谩licas frente a las estructuras de hormig贸n. As铆, la aplicaci贸n de m茅todos heur铆sticos a la ingenier铆a estructural se remonta a los a帽os 70 y 80 [3-5], siendo la computaci贸n evolutiva, y en especial los algoritmos gen茅ticos, los m茅todos que m谩s se han utilizado. La revisi贸n de Kicinger et al. [6] proporciona un completo estado del arte de los m茅todos evolutivos aplicados al dise帽o estructural. Por otro lado, nuestro grupo de investigaci贸n, a trav茅s de su proyecto de investigaci贸n HORSOST, y m谩s recientemente con el proyecto BRIDLIFE, ha presentado聽trabajos recientes聽de dise帽o autom谩tico y optimizaci贸n de estructuras de hormig贸n armado con algoritmos gen茅ticos [7] y con otras t茅cnicas heur铆sticas [8-13], as铆 como trabajos de optimizaci贸n con hormig贸n pretensado [14,15] o de la optimizaci贸n de las infraestructuras lineales [16].

Os dejo a continuaci贸n un v铆deo tutorial donde se realiza una peque帽a introducci贸n al dise帽o optimizaci贸n estructural. Espero que os sea de inter茅s. Por cierto, si alguien se anima a hacer su tesis doctoral con nuestro grupo de investigaci贸n, ser谩 bien recibido.

Referencias:

[1]聽T.W. Liao, P.J. Egbelu, B.R. Sarker, S.S. Leu, Metaheuristics for project and construction management 鈥 A state-of-the-art review, Automation in Construction 20 (2011) 491-505.

[2]聽M.Z. Cohn, A.S. Dinovitzer, Application of structural optimization, ASCE Journal of Structural Engineering 120 (1994) 617-649.

[3]聽A. Hoeffler, U. Leysner, J. Weidermann, Optimization of the layout of trusses combining strategies based on Mitchel鈥檚 theorem and on biological principles of evolution, Proceedings of the Second Symposium on Structural Optimization (1973).

[4]聽M. Lawo, G. Thierauf, Optimal design for dynamic stochastic loading: a solution by random search, en: Optimization in structural design, University of Siegen, 1982, pp. 346-352.

[5]聽D.E. Goldberg, M.P. Samtani, Engineering optimization via genetic algorithms, Proceedings of the Ninth Conference on Electronic Computation ASCE (1986) 471-482.

[6]聽R. Kicinger, T. Arciszewski, K. De Jong, Evolutionary computation and structural design: A survey of the state-of-the-art, Computers & Structures 83 (2005) 1943-1978.

[7] F.J. Martinez, F. Gonz谩lez-Vidosa, A. Hospitaler, V. Yepes, Heuristic optimization of RC bridge piers with rectangular hollow sections, Computers & Structures 88 (2010) 375-386.

[8] I. Paya-Zaforteza, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, A. Hospitaler, On the Weibull cost estimation of building frames designed by simulated annealing, Meccanica 45 (2010) 693-704.

[9] V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, J. Alcala, P. Villalba, CO2-Optimization design of reinforced concrete retaining walls based on a VNS-Threshold acceptance strategy, Journal of Computing in Civil Engineering ASCE 26 (2012) 378-386.

[10] C. Perea, V. Yepes, J. Alcala, A. Hospitaler, F. Gonz谩lez-Vidosa, A parametric study of optimum road frame bridges by threshold acceptance, Indian Journal of Engineering & Materials Sciences 17 (2010) 427-437.

[11] A. Carbonell, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, B煤squeda exhaustiva por entornos aplicada al dise帽o econ贸mico de b贸vedas de hormig贸n armado, Revista Internacional de M茅todos Num茅ricos para C谩lculo y Dise帽o en Ingenier铆a 27 (2011) 227-235.

[12] A. Carbonell, F. Gonz谩lez-Vidosa, V. Yepes, Design of reinforced concrete road vaults by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 42 (2011) 151-159.

[13] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J.V. Mart铆, J. Alcal谩,聽聽Optimization of concrete I-beams using a new hybrid glowworm swarm algorithm.聽Latin American Journal of Solids and Structures,聽11(7) (2014) 1190 鈥 1205.

[14] J.V. Mart铆, F. Gonz谩lez-Vidosa, Design of prestressed concrete precast pedestrian bridges by heuristic optimization, Advances in Engineering Software 41 (2010) 916-922.

[15] J.V. Mart铆, F. Gonz谩lez-Vidosa, V. Yepes, J. Alcal谩, Design of prestressed concrete precast road bridges with hybrid simulated annealing, Engineering Structures 48 (2013) 342-352.

[16] C. Torres-Mach铆, A. Chamorro, C. Videla, E. Pellicer, V. Yepes. An interative approach for the optimization of pavement maintenance mangement at the network level, The Scientific World Journal ID 524329 (2014).

[17] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, E. P茅rez-L贸pez. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures 92 (2015) 112-122.

[18] J.V. Mart铆, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa. Memetic algorithm approach to designing of precast-prestressed concrete road bridges with steel fiber-reinforcement. Journal of Structural Engineering ASCE聽141(2) (2015) 04014114.

[19] V. Yepes, J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura.聽Cost and CO2 emission optimization of precast-prestressed concrete U-beam road bridges by a hybrid glowworm swarm algorithm. Automation in Construction49 (2015) 123-134.

[20] V. Yepes, T. Garc铆a-Segura, J.M. Moreno-Jim茅nez. A cognitive approach for the multi-objective optimization of RC structural problems. Archives of Civil and Mechanical Engineering, 15(4) (2015) 1024-1036.

[21] A. Luz, V. Yepes, F. Gonz谩lez-Vidosa, J.V. Mart铆. Dise帽o de estribos abiertos en puentes de carretera obtenidos mediante optimizaci贸n h铆brida de escalada estoc谩stica. Informes de la Construcci贸n,聽67(540) (2015), e114.

[22] T. Garc铆a-Segura, V. Yepes, J. Alcal谩, E. P茅rez-L贸pez. Hybrid harmony search for sustainable design of post-tensioned concrete box-girder pedestrian bridges. Engineering Structures, 92 (2015) 112-122.

[23] J.V. Mart铆, T. Garc铆a-Segura, V. Yepes.Structural design of precast-prestressed concrete U-beam road聽bridges based on embodied energy. Journal of Cleaner Production, 120 (2016) 231-240.

 

14 julio, 2016
 
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