Optimización numérica en el diseño de tableros de puentes de vigas artesa de hormigón pretensado: un trabajo de investigación

Abstract

Esta publicación recoge un trabajo de investigación que realizó el autor en el marco del programa de doctorado Análisis y Diseño Avanzado de Estructuras de la UPCT en el bienio 2006-2008. En él se aplica la técnica de optimización numérica conocida como programación cuadrática sucesiva para obtener diseños óptimos de un tablero de puente de vigas artesa de hormigón pretensado, siendo la función objetivo el coste de ejecución del tablero, y las restricciones del problema las comprobaciones de los estados límites últimos y de servicio del mismo. El diseño actual de estructuras de hormigón está fundamentalmente basado en la experiencia de los ingenieros estructurales. La mayor parte de los procedimientos adoptan secciones cuyas dimensiones, pretensado y tipo de hormigón están sancionados por la práctica de diseños anteriores. Una vez que la estructura está definida, se procede al análisis de envolvente de esfuerzos y al cálculo de las armaduras pasivas que satisfagan los estados límites prescritos por la normativa de hormigón estructural. En el caso de que las dimensiones, pretensado, o los tipos de hormigón sean insuficientes, se redefine la estructura mediante un proceso de prueba y error. Tales métodos conducen a diseños seguros estructuralmente, pero la economía de los diseños estructurales queda, por tanto, muy ligada a la experiencia previa del ingeniero estructural. En los últimos años, han proliferado las soluciones de este tipo de tableros – biapoyados o con pretensado de continuidad - para puentes de carretera y ferrocarril. Esto se ha debido al desarrollo de los medios auxiliares de transporte y montaje de estas vigas y de la prefabricación. Podemos encontrar estos tableros sobre todo en pasos superiores de autovía, en pasos inferiores, en puentes de carretera o ferrocarril, en ramales de enlace donde no hay sitio para el terraplén de gran altura, etc. De esta proliferación viene el interés de este trabajo. En este trabajo se ha elaborado un código propio de análisis, dimensionamiento y optimización económica de estos tableros de puente en función de las variables de diseño, como son, el número de vigas, el canto de las vigas, espesores de hormigón en almas y losas, la cantidad y distribución del acero pasivo y activo de las vigas, etc. Este código se ha implementado con algoritmos de optimización cuadrática y está escrito en el lenguaje de programación MatLab. Tanto la formulación del problema como la estructura del programa desarrollado y el código escrito están recogidos en esta publicación.