Marcos Martinez Silvoso
Título
Otimização da Fase Construtiva de Estruturas de Concreto em Face dos Efeitos da Hidratação via Algoritmos Genéticos
Resumo
Neste trabalho é apresentado um procedimento de otimização do processo construtivo de estruturas de concreto em face dos feitos da hidratação utilizando um algoritmo genético. Devido à hidratação do cimento, o concreto nas primeiras idades está sujeito a deformações de origem térmica e de retração, que quando restritas provocam tensões na estrutura. Conseqüentemente , pode ocorrer fissuração caso a magnitude das tensões geradas supere a resistência desenvolvida pelo material. O procedimento apresentado neste trabalho auxilia o engenheiro projetista no teste de diversas combinações de materiais e processos construtivos, gerando uma solução otimizada. Neste estudo o critério de otimização é o custo de construção e as variáveis de projeto são os tipos de material, caracterizados por suas propriedades mecânicas e de hidratação, temperatura de lançamento, altura de camadas de execução e intervalo de tempo entre camadas. A restrição imposta é a fissuração nas primeiras idades da estrutura, implementada em um esquema de penalização dinâmica. Os campos térmicos e de temperatura são calculados utilizando um código 3D de elementos finitos, onde foi implementado um modelo de acoplamento termo-quimo-mecânico para o cálculo dos campos de hidratação, temperatura e tensões.
Abstract
This work presents a procedure to optimize the construction of concrete structures in face to the effects of the hydration using genetic algorithms. Due to cement hydration, thermal and shrinkage strains take place in concrete at early ages and, if they are restrained, tensile stresses developed in the concrete structure. As a consequence, cracks may appear if the magnitude of the generated stresses reaches the concrete tensile strength. The procedure presented in this work allows the design engineer to test various combinations of materials and construction processes for the project, generating a optimal solution. In this study the optimization criterion is construction cost and the decision variables are material types, characterized by their mechanical and hydration properties; placing temperature, the height of lifts and time intervals between lifts. The constraint imposed on the decision variables is the early age cracking of the structure. A dynamic penalty scheme that allowed a certain level of cracking for the preliminary generations proved to be efficient in driving the genetic algorithm to an optimal solution. Transient hydration, thermal and stress fields were calculated using a coupled thermo-chemo-mechanical model implemented in a 3D finite element code.
