Otimização de pórticos planos de concreto armado utilizando algoritmo genético

Abstract

Diante da preocupação de desenvolver o setor da construção civil de forma sustentável e econômica, existe a necessidade de buscar alternativas estruturais que permitam a redução do consumo de concreto, madeira e aço. A otimização pode ser utilizada como ferramenta de auxílio ao projetista nas tomadas de decisões, desde a definição do pré-dimensionamento dos elementos estruturais até a etapa final de dimensionamento. Nesse contexto, este trabalho teve como objetivo principal desenvolver e implementar um programa computacional no ambiente MATLAB para realizar o dimensionamento ótimo de pórticos planos de concreto armado, atendendo aos critérios impostos na NBR 6118 (ABNT, 2014), por meio de Algoritmos Genéticos (AG) cuja função objetivo é o custo total dos materiais da estrutura (concreto, fôrmas e aço). Foram desenvolvidos algoritmos capazes de otimizar pilares e vigas tanto de forma isolada como integradas a um pórtico plano composto por um vão e vários níveis (pavimentos). A implementação foi feita utilizando o toolbox de Algoritmos Genéticos (AG) do MATLAB, considerando como variáveis de projeto as dimensões das seções transversais (base e altura) dos pilares e vigas, e a resistência característica à compressão do concreto (fck) dos elementos estruturais. Foram utilizadas variáveis discretas para as dimensões das seções transversais e para o fck, com variação de 5MPa em um intervalo de valores de 20 a 50 MPa. Realizou-se um estudo paramétrico, para analisar o comportamento das variáveis de projeto e custo dos materiais dos elementos estruturais otimizados em diferentes situações de projeto. Para analisar a influência das variáveis de projeto consideradas no processo de otimização, foi feito um estudo estatístico através do método Design of Experiments (DOE). Com base na análise dos dados, pode-se concluir que as ferramentas de otimização permitem a obtenção de soluções mais econômicas. O método dos Algoritmos Genéticos apresentou um bom desempenho na otimização e pode-se destacar a facilidade de implementação, a flexibilidade em tratar problemas com diversas restrições, funcionando como uma ferramenta que auxilia o engenheiro em suas tomadas de decisões. Esta pesquisa resultou em um programa funcional que permite o dimensionamento tradicional e/ou dimensionamento ótimo de vigas, pilares e pórticos planos, podendo ser utilizado para contribuir na tomada de decisões em projetos estruturais, assim como servir de base para outros estudos acadêmicos. Contribuiu para o avanço na área de otimização estrutural, determinando o comportamento das variáveis de projeto. Concluiu-se que o fck exerce uma grande influência no custo total dos pilares, assim como a altura das vigas exerce no custo total das vigas. Também se observou que as fôrmas e o material aço apresentam os maiores índices de custo nos elementos estruturais, sendo vigas o tipo de elemento estrutural que apresentou o maior custo nos pórticos planos otimizados.