Diseño óptimo de armaduras empleando optimización con ondas del agua

Introducción: En los últimos años, la importancia de los aspectos económicos en el campo de las estructuras ha motivado a muchos investigadores a emplear nuevos métodos para minimizar el peso de las estructuras. El objetivo principal de la optimización estructural (diseño óptimo) es minimizar el peso de las estructuras al tiempo que se satisfacen todos los requerimientos impuestos por los códigos de diseño.Objetivo: En este estudio, el algoritmo Optimización con Ondas del Agua (Water Wave Optimization - WWO), es implementado para resolver el problema de optimización estructural de armaduras en 2D y 3D.Metodología: El estudio está compuesto por tres fases principales: 1) formulación del problema de optimización estructural; 2) estudio de los fundamentos y parámetros que controlan al algoritmo WWO y 3) evaluar el desempeño del WWO en problemas optimización de armaduras reportadas en la literatura especializada.Resultados: Los valores de peso, peso promedio, desviación estándar y número total de análisis ejecutados para converger al diseño óptimo conseguidos con WWO indican que el algoritmo es una buena herramienta para minimizar el peso de armaduras sujetas a restricciones de esfuerzo y desplazamientos.Conclusiones: Se observó que el algoritmo WWO es eficaz, eficiente y robusto, para resolver diversos tipos de problemas, con diferentes números de elementos. Además, WWO requiere menor número de análisis para converger al diseño óptimo en comparación con otros algoritmosIntroduction−In recent years, the importance of economic considerations in the field of structures has motivated many researchers to employ new meth-ods for minimizing the weight of the structures. The main goal of the struc-tural optimization is to minimize the weight of structures while satisfying all design requirements imposed by design codes.Objective−In this study, the Water Wave Optimization (WWO) algorithm is implemented to solve the problem of structural optimization of 2D and 3D truss structures.Methodology−The study is composed of three main phases: 1) formulation of the structural optimization problem; 2) study of the fundamentals and param-eters that control the WWO algorithm and 3) evaluate the WWO performance in optimization problems of truss structures reported in the specialized lit-erature.Results− The values of weight, average weight, standard deviation and the total number of analyses executed to converge to the optimum design obtained with WWO indicate that the algorithm is a good tool to minimize the weight of truss structures subject to stress and displacements constrained. Conclusions− It was observed that the WWO algorithm is effectively, effciently and robust to solve different types of problems, with different num-bers of elements. Furthermore, WWO requires a lower number of analyses to converge to the optimum design compared to other algorithm

Diseño óptimo de armaduras empleando optimización con ondas del agua

Introduction:  In recent years, the importance of economic considerations in the field of structures has motivated many researchers to employ new methods for minimizing the weight of the structures. The main goal of the structural optimization is to minimize the weight of structures while satisfying all design requirements imposed by design codes.Objective: In this study, the Water Wave Optimization (WWO) algorithm is implemented to solve the problem of structural optimization of 2D and 3D truss structures.Methodology: The study is composed of three main phases: 1) formulation of the structural optimization problem; 2) study of the fundamentals and parameters that control the WWO algorithm and 3) evaluate the WWO performance in optimization problems of truss structures reported in the specialized literature.Results: The values of weight, average weight, standard deviation, and the total number of analyses executed to converge to the optimum design obtained with WWO indicate that the algorithm is a good tool to minimize the weight of truss structures subject to stress and displacements constrained.Conclusions: It was observed that the WWO algorithm is effective, efficient and robust to solve different types of problems, with different numbers of elements. Furthermore, WWO requires a lower number of analyses to converge to the optimum design compared to other algorithms. Introducción: En los últimos años, la importancia de los aspectos económicos en el campo de las estructuras ha motivado a muchos investigadores a emplear nuevos métodos para minimizar el peso de las estructuras. El objetivo principal de la optimización estructural (diseño óptimo) es minimizar el peso de las estructuras al tiempo que se satisfacen todos los requerimientos impuestos por los códigos de diseño.Objetivo: En este estudio, el algoritmo Optimización con Ondas del Agua (Water Wave Optimization - WWO), es implementado para resolver el problema de optimización estructural de armaduras en 2D y 3D.Metodología: El estudio está compuesto por tres fases principales: 1) formulación del problema de optimización estructural; 2) estudio de los fundamentos y parámetros que controlan al algoritmo WWO y 3) evaluar el desempeño del WWO en problemas optimización de armaduras reportadas en la literatura especializada.Resultados: Los valores de peso, peso promedio, desviación estándar y número total de análisis ejecutados para converger al diseño óptimo conseguidos con WWO indican que el algoritmo es una buena herramienta para minimizar el peso de armaduras sujetas a restricciones de esfuerzo y desplazamientos.Conclusiones: Se observó que el algoritmo WWO es eficaz, eficiente y robusto, para resolver diversos tipos de problemas, con diferentes números de elementos. Además, WWO requiere menor número de análisis para converger al diseño óptimo en comparación con otros algoritmo

Modelling of asphalt pavement structures for different design conditions on roads in Northern Colombia

The purpose of this manuscript is to present a collection of data showing the different variables involved in the design of asphalt pavements, obtained from 84 road sectors located in urban and rural roads in the department of Sucre, north of Colombia. The dataset presents the results of geotechnical studies obtained from soil samples taken in the field and from laboratory tests. Among the most relevant information, the characterization of the subgrade soils was determined, based on particle size analysis testing, Atterberg limits, natural moisture and the classification of soils based in the AASHTO system and the USCS system. The bearing capacity of the subgrade is also presented, from undisturbed samples, for the realization of the laboratory California Bearing Ratio. On the other hand, there is information related to design traffic for each of the evaluated road sectors, expressed in terms of the number of equivalent single axle loads (ESALs). Finally, the information was supplemented with the results of the pavement structures modeled and chosen as design alternatives, for which a rational design methodology was used and the fatigue laws of the TRRL (Transport and Road Research Laboratory) were followed, making use of the Pitra PAVE software to model pavement structures

Comunidades de nematodos de vida libre del suelo y su correspondencia con la calidad

The evaluation and interpretation of abundance and function of the community structure of soil nematodes in situ provide a measure of the disruptive factors of soil dynamics. A study was conducted on the diversity of nematofauna and their responses of these organisms to abiotic conditions of medium in some physical and chemical parameters of soil. The study was conducted in the locaties of Sampués, Corozal and San Juan Betulia, located in the subregion Sabana (Sucre, Colombia). The diversity of nematodes was used as a biomarker of holistic state of soil quality using the soil maturity index (I.M.). Using the methodology of Jenkins, a total of 4683 individuals were identified using taxonomic keys to 22 genera and one un-determined (c.f Dorylaiminae). The soil parameters were performed using the IGAC methodologies. The soil parameters more related to the abundance and diversity of these microorganisms contributors to nitrogen mineralization, flow of nutrients and soil energy were the percentages of sand, silt and humidity. The parameters presence in this living system in marked by the percentages since nematodes are extremely sensitive to stress caused by bad agricultural activities, livestock and the use of agrochemicals. The genera c.f Dorylaimnae and Criconemella’s presence is not limited by factors such as texture and humidity, of which other dependent on other genera of nematodes as (Pratylenchus, Tylenchus, Rotylenchulus). The nematode communities genera of nematodes such as “such as Pratylenchus, tylenchus, Rotylenchulus”are dependent. The nematode communities showed a higher relation with the percentage of organic matter.La evaluación e interpretación de la abundancia y función de la estructura de la comunidad de nematodos del suelo ofrecen una medida in situ de los factores disruptivos de la dinámica del suelo. En las localidades Sampués, Corozal y San Juan de Betúlia, ubicados en la Subregión Sabana (Sucre, Colombia), se realizó un estudio sobre la abundancia de la nematofauna y las respuestas de estos organismos a las condiciones abióticas del medio en algunas propiedades del suelo. La diversidad de nematodos se utilizó como bioindicador del estado holístico de la calidad del suelo usando el Índice de madurez del suelo (I.M). Utilizando la metodología de Jenkins, se extrajeron 4.683 individuos, se identificaron 22 géneros y uno no determinado (c.f Dorylaiminae). Los parámetros edáficos se realizaron con las metodologías del IGAC; los más relacionados con la abundancia y diversidad de estos microorganismos que contribuyen en a la mineralización del nitrógeno, flujo de nutrientes y energía del suelo fueron los porcentajes de arena, limo y humedad, su presencia en este sistema vivo está marcada por ellos, ya que, los nematodos son extremadamente sensibles a estrés ocasionado por malas actividades agrícolas, pecuarias y la utilización de agrotóxicos. La presencia de los géneros c.f Dorylaimnae y Criconemella no está limitada por factores como la textura y la humedad, de las cuales son dependientes otros géneros de nematodos como (Pratylenchus, Tylenchus, Rotylenchulus). Las comunidades de nematodos presentaron mayor relación con el porcentaje de materia orgánica

Optimización de CO2 y costo de zapatas de concreto reforzado sobre un suelo tratado con cal usando algoritmo de recocido simulado modificado

Introduction: The design of spread footings over a lime-treated soil is studied as an important topic in geotechnical and environmental engineering. With the emergence and use of algorithms, it is possible to solve optimization problems in engineering, leading, for example, to decreased amounts of materials, time, energy, and work. Objective: This research aims to optimize the CO2 emission and cost of building spread footings over a treated soil with hydrated lime using the modified simulated annealing algorithm (MSAA). Method: The parameters for shear strength (cohesion and friction angle) was calculated of a silty soil of the Guabirotuba geological formation of Curitiba (Brazil) stabilized with different lime contents (3, 5, 7 and 9%) at different curing times (30, 90, and 180 days). Then with these parameters, the geometry of the spread footings was optimized with MSAA minimizing the cost and CO2 emissions of their construction. For the design constraint of the structures the ultimate bearing capacity of the soil was used as criteria, the settlements produced by the service load, and the base safety factor Results: The results show that most of the problems converge to the same solution for costs and CO2 emissions without depending on curing time and lime content used, due to the solutions being restricted primarily by the maximum permissible settlements. Conclusions: With the increase in lime content, the cohesion of the mixtures increased for all curing times studied ant the friction angle had no major variations in relation to the amount of lime administered or to the curing time employed. Costs and carbon dioxide emissions for spread footing construction converge to the same results. In this sense, 9% lime can be avoided, and small percentages of lime (i.e. 3-5%) are appropriated to ground improvement and reduce the costs of this procedure. On the other hand, the MSAA can be designated as a robust algorithm due to having achieved almost equal results and, in some cases, better results compared with other algorithms to solve problems reported in the literature.Introducción: El diseño de cimentaciones sobre suelo tratado con cal se estudia como un tema importante en ingeniería geotécnica y ambiental. Con la aparición y el uso de algoritmos, es posible resolver problemas de optimización en ingeniería, lo que lleva, por ejemplo, a la disminución de cantidades de materiales, tiempo, energía y trabajo. Objetivo: Esta investigación tiene como objetivo optimizar la emisión de CO2 y el costo de la construcción de zapatas sobre un suelo tratado con cal hidratada utilizando el algoritmo recocido modificado (MSAA). Metodología: Se calcularon los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción) de un suelo limoso de la formación geológica Guabirotuba de Curitiba (Brasil) estabilizada con diferentes contenidos de cal (3, 5, 7 y 9%) a diferentes tiempos de curado (30, 90, y 180 días). Luego, con estos parámetros, la geometría de las zapatas se optimizó con MSAA minimizando el costo y las emisiones de CO2 de su construcción. La capacidad de carga final del suelo, los asentamientos producidos por la carga de servicio y el factor de seguridad de base fueron usados como restricciones de diseño. Resultados: Los resultados muestran que la mayoría de los problemas convergen a la misma solución para los costos y las emisiones de CO2 sin depender del tiempo de curado y del contenido de cal utilizado, debido a que las soluciones están restringidas principalmente por los asentamientos máximos permitidos. Conclusiones: Con el aumento del contenido de cal, la cohesión de las mezclas aumentó para todos los tiempos de curado estudiados y el ángulo de fricción no tuvo variaciones importantes en relación con la cantidad de cal administrada o con el tiempo de curado empleado. Los costos y la emisión de dióxido de carbono para la construcción de zapatas convergentes coinciden con los mismos resultados. En este sentido, se puede evitar el 9% de cal, y pequeños porcentajes de cal (es decir, 3-5%) se destinan a la mejora del suelo y reducen los costos de este procedimiento. Por otro lado, MSAA puede ser considerado como un algoritmo robusto debido a que ha logrado resultados casi iguales y, en algunos casos, mejores resultados en comparación con otros algoritmos para resolver problemas reportados en la literatura

Optimización de CO2 y costo de zapatas de concreto reforzado sobre un suelo tratado con cal usando algoritmo de recocido simulado modificado

Introduction: The design of spread footings over a lime-treated soil is studied as an important topic in geotechnical and environmental engineering. With the emergence and use of algorithms, it is possible to solve optimization problems in engineering, leading, for example, to decreased amounts of materials, time, energy, and work. Objective: This research aims to optimize the CO2 emission and cost of building spread footings over a treated soil with hydrated lime using the modified simulated annealing algorithm (MSAA). Method: The parameters for shear strength (cohesion and friction angle) was calculated of a silty soil of the Guabirotuba geological formation of Curitiba (Brazil) stabilized with different lime contents (3, 5, 7 and 9%) at different curing times (30, 90, and 180 days). Then with these parameters, the geometry of the spread footings was optimized with MSAA minimizing the cost and CO2 emissions of their construction. For the design constraint of the structures the ultimate bearing capacity of the soil was used as criteria, the settlements produced by the service load, and the base safety factor Results: The results show that most of the problems converge to the same solution for costs and CO2 emissions without depending on curing time and lime content used, due to the solutions being restricted primarily by the maximum permissible settlements. Conclusions: With the increase in lime content, the cohesion of the mixtures increased for all curing times studied ant the friction angle had no major variations in relation to the amount of lime administered or to the curing time employed. Costs and carbon dioxide emissions for spread footing construction converge to the same results. In this sense, 9% lime can be avoided, and small percentages of lime (i.e. 3-5%) are appropriated to ground improvement and reduce the costs of this procedure. On the other hand, the MSAA can be designated as a robust algorithm due to having achieved almost equal results and, in some cases, better results compared with other algorithms to solve problems reported in the literature.Introducción: El diseño de cimentaciones sobre suelo tratado con cal se estudia como un tema importante en ingeniería geotécnica y ambiental. Con la aparición y el uso de algoritmos, es posible resolver problemas de optimización en ingeniería, lo que lleva, por ejemplo, a la disminución de cantidades de materiales, tiempo, energía y trabajo. Objetivo: Esta investigación tiene como objetivo optimizar la emisión de CO2 y el costo de la construcción de zapatas sobre un suelo tratado con cal hidratada utilizando el algoritmo recocido modificado (MSAA). Metodología: Se calcularon los parámetros de resistencia al corte (cohesión y ángulo de fricción) de un suelo limoso de la formación geológica Guabirotuba de Curitiba (Brasil) estabilizada con diferentes contenidos de cal (3, 5, 7 y 9%) a diferentes tiempos de curado (30, 90, y 180 días). Luego, con estos parámetros, la geometría de las zapatas se optimizó con MSAA minimizando el costo y las emisiones de CO2 de su construcción. La capacidad de carga final del suelo, los asentamientos producidos por la carga de servicio y el factor de seguridad de base fueron usados como restricciones de diseño. Resultados: Los resultados muestran que la mayoría de los problemas convergen a la misma solución para los costos y las emisiones de CO2 sin depender del tiempo de curado y del contenido de cal utilizado, debido a que las soluciones están restringidas principalmente por los asentamientos máximos permitidos. Conclusiones: Con el aumento del contenido de cal, la cohesión de las mezclas aumentó para todos los tiempos de curado estudiados y el ángulo de fricción no tuvo variaciones importantes en relación con la cantidad de cal administrada o con el tiempo de curado empleado. Los costos y la emisión de dióxido de carbono para la construcción de zapatas convergentes coinciden con los mismos resultados. En este sentido, se puede evitar el 9% de cal, y pequeños porcentajes de cal (es decir, 3-5%) se destinan a la mejora del suelo y reducen los costos de este procedimiento. Por otro lado, MSAA puede ser considerado como un algoritmo robusto debido a que ha logrado resultados casi iguales y, en algunos casos, mejores resultados en comparación con otros algoritmos para resolver problemas reportados en la literatura

Diseño óptimo de armaduras empleando optimización con ondas del agua

Introduction:  In recent years, the importance of economic considerations in the field of structures has motivated many researchers to employ new methods for minimizing the weight of the structures. The main goal of the structural optimization is to minimize the weight of structures while satisfying all design requirements imposed by design codes.Objective: In this study, the Water Wave Optimization (WWO) algorithm is implemented to solve the problem of structural optimization of 2D and 3D truss structures.Methodology: The study is composed of three main phases: 1) formulation of the structural optimization problem; 2) study of the fundamentals and parameters that control the WWO algorithm and 3) evaluate the WWO performance in optimization problems of truss structures reported in the specialized literature.Results: The values of weight, average weight, standard deviation, and the total number of analyses executed to converge to the optimum design obtained with WWO indicate that the algorithm is a good tool to minimize the weight of truss structures subject to stress and displacements constrained.Conclusions: It was observed that the WWO algorithm is effective, efficient and robust to solve different types of problems, with different numbers of elements. Furthermore, WWO requires a lower number of analyses to converge to the optimum design compared to other algorithms. Introducción: En los últimos años, la importancia de los aspectos económicos en el campo de las estructuras ha motivado a muchos investigadores a emplear nuevos métodos para minimizar el peso de las estructuras. El objetivo principal de la optimización estructural (diseño óptimo) es minimizar el peso de las estructuras al tiempo que se satisfacen todos los requerimientos impuestos por los códigos de diseño.Objetivo: En este estudio, el algoritmo Optimización con Ondas del Agua (Water Wave Optimization - WWO), es implementado para resolver el problema de optimización estructural de armaduras en 2D y 3D.Metodología: El estudio está compuesto por tres fases principales: 1) formulación del problema de optimización estructural; 2) estudio de los fundamentos y parámetros que controlan al algoritmo WWO y 3) evaluar el desempeño del WWO en problemas optimización de armaduras reportadas en la literatura especializada.Resultados: Los valores de peso, peso promedio, desviación estándar y número total de análisis ejecutados para converger al diseño óptimo conseguidos con WWO indican que el algoritmo es una buena herramienta para minimizar el peso de armaduras sujetas a restricciones de esfuerzo y desplazamientos.Conclusiones: Se observó que el algoritmo WWO es eficaz, eficiente y robusto, para resolver diversos tipos de problemas, con diferentes números de elementos. Además, WWO requiere menor número de análisis para converger al diseño óptimo en comparación con otros algoritmo

Algoritmo simulated annealing modificado para minimizar peso en cerchas planas con variables discretas

The aim of this study is to use stochastic optimization algorithm MSAA (Modified Simulated Annealing Algorithm) for trusses plane optimization (weight minimization) with discrete variables. MSAA is based on the cooling process of metal used in the Simulated Annealing (SA) classic, but it has three fundamental characteristics (preliminary exploration, search step and acceptance probability) that differentiate this. To evaluate and validate the MSAA performance were studied three problems plane trusses weight minimization with discrete variables reported in the literature and the results are compared with those obtained by other authors using different optimization algorithms. It is concluded that the MSAA algorithm presented in this study can be effectively used in the weight minimization of truss structures. El objetivo de este trabajo es emplear un algoritmo de optimización estocástico ASAM (Algoritmo Simulated Annealing Modificado) para optimizar (minimización de peso) cerchas planas con variables discretas. ASAM se basa en el proceso de enfriamiento de metales empleado en el Simulated Annealing (SA) clásico pero posee tres características fundamentales (exploración preliminar, paso de búsqueda y probabilidad de aceptación) que lo diferencian de este. Para evaluar y validar el desempeño de ASAM se abordaron tres problemas de minimización de peso en cerchas planas con variables discretas reportados en la literatura especializada y los resultados son comparados con los obtenidos por otros autores empleando diferentes algoritmos de optimización. Se concluyó que el algoritmo ASAM presentado en este estudio puede ser utilizado eficazmente en la minimización de peso de cerchas planas.