Optimização de estruturas porticadas de betão: minimização do custo ambiental

Abstract

Actualmente as consequências ambientais do aquecimento global são fonte de grande preocupação. Globalmente têm vindo a ser adoptadas medidas no sentido de diminuir as emissões de CO2 (dióxido de carbono) de modo a reduzir o efeito de estufa. A temática da sustentabilidade da construção tem ganho importância crescente nos últimos anos para fazer face ao elevado impacto ambiental da indústria da construção. Assim, no projecto de estruturas deve procurar obter-se soluções económicas, estruturalmente eficientes e “amigas do ambiente”.Neste trabalho desenvolveu-se um modelo numérico de análise e optimização tendo em vista a obtenção do projecto óptimo e sustentável de estruturas porticadas de betão armado. O modelo de análise estrutural tridimensional inclui todas as acções e efeitos relevantes, nomeadamente, acções estáticas, a acção dinâmica dos sismos, os efeitos diferidos do betão e os efeitos geometricamente não-lineares. O método analítico discreto directo é utilizado para a análise de sensibilidades. O dimensionamento de estruturas porticadas de betão armado é formulado como um problema de optimização multi-objectivo com objectivos de custo de construção e emissões de CO2 mínimos, deslocamentos e tensões, obtendo-se soluções de Pareto. Uma abordagem baseada em entropia é utilizada para obter a solução minimax através da minimização de uma função escalar convexa. Os objectivos de projecto são estabelecidos de acordo com as recomendações da EN 1992-1-1. As variáveis de decisão consideradas são as dimensões das secções transversais das vigas e pilares, assim como, as respectivas áreas de armadura longitudinal e de esforço transverso e a classe do betão.As características e capacidades do modelo numérico desenvolvido são ilustradas através da resolução de um exemplo de aplicação relativo à optimização de uma estrutura porticada de betão armado de dimensões reais.

Nowadays, the environmental consequences of global warming are of major concern. Worldwide, measures are being adopted to reduce the CO2 (carbon dioxide) emissions in order to mitigate the greenhouse effect. Construction sustainability is gaining increasing relevance in the last years to cope with the large environmental impact of construction industry. Considering this the structural design should aim to obtain economical, structurally efficient and “environmentally-friendly” solutions.In this work a numerical analysis-and-optimization model for the sustainable optimum design of reinforced concrete framed structures was developed. The structural analysis model includes all the actions and relevant effects, namely, static loads, seismic action, the time-dependent effects of concrete and the geometrical nonlinearities. The analytical discrete direct method is used for sensitivity analysis. The design of reinforced concrete framed structures is formulated as a multi-objective optimization problem with objectives of minimum construction cost, minimum CO2 emissions, deflections and stresses and a Pareto solution is sought. An entropy-based approach is used to find the minimax solution by the minimization of a convex scalar function. The design goals are established according to the EN1992-1-1 recommendations. The design variables considered are the beams and columns cross-sectional dimensions, the longitudinal reinforcement area, the shear reinforcement area and the concrete grade.The features and applicability of the developed numerical model are illustrated by a numerical example concerning the optimization of a real sized reinforced concrete framed structure.