Diseño de una aplicación con base CAD para el diseño

de pilotes en parques fotovoltaicos

Autores: Ing. Jorge Enrique Figueredo Ramírez

Dr. C. Ing. Rolando Esteban Simeón Monet, Profesor Titular

Dr. C. Ing. Luis E. Acosta González, Profesor Titular

Introducción

Cimentación superficial aislada en Parcela

7 y 8. Holguín, Cuba.

Una cimentación es el elemento o conexión

estructural responsable de transmitir las

solicitaciones originadas en la superestructura al

suelo, y cuyo diseño depende tanto de las

características de la estructura como del suelo de la

base.

• Se utilizan en estructuras de esqueleto (Cargas puntuales)

• Su sección transversal es de dimensiones pequeñas con respecto a su altura

• Se construyen a alta profundidad bajo la superficie

Introducción

Diseño de Cimentaciones

Criterio Geotécnico

Criterio Estructural

Punzonamiento

Cortante

Flexión

Aplastamiento

Resistencia al vuelco

Resistencia al deslizamiento

Capacidad resistente del suelo

Asentamientos límites

Introducción

Diseño de cimentaciones

DISEÑO ASISTIDO POR COMPUTADORAS

• Son generalmente costosos.

• De difícil manejo.

• Adaptados a normativas específicas de las

regiones donde fueron desarrollados.

Situación problémica

INEL

Herramientas dispersas

Procesos de diseño y

conciliación de forma manual

Dificultad en la toma de

decisiones

No siempre se obtienen las

mejores soluciones

técnico-económicas

“Una cimentación es lo último que

se diseña y lo primero que se

construye”

Necesidad

Disponer de un algoritmo que permita el diseño

óptimo de cimentaciones mediante pilotes de

hormigón armado para parques fotovoltaicos.

Problema científico

¿Cómo realizar el diseño de las dimensiones óptimas

de un pilote de hormigón armado?

Objetivo de la investigación

Desarrollar un modelo de optimización multiobjetivo para el diseño

de cimentaciones mediante pilotes de hormigón armado para los

parques fotovoltaicos.

Resultados esperados

Un modelo de optimización multiobjetivo de los indicadores de

eficiencia en el diseño de cimentaciones mediante pilotes de

hormigón armado implementando el entorno de desarrollo

integrado CAD.

Aporte práctico

Un algoritmo para determinar los parámetros geométricos óptimos

de una cimentación mediante pilotes de hormigón armado; que

aseguren una solución racional desde el punto de vista técnico-

económico en los parques fotovoltaicos.

Algoritmo para el diseño óptimo

multiobjetivo de cimentaciones profundas de

hormigón armado (pilotes)

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones aisladas

Implementación del algoritmo

Análisis histórico lógico del

proceso de diseño de

cimentaciones profundas:

Fundamentos teóricos y

metodológicos entorno al

diseño de cimentaciones.

Evolución de las teorías que

describen la capacidad

soportante de los suelos.

Enfoque de seguridad en el

cálculo de estructuras.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones aisladas

Implementación del algoritmo

Análisis sistémico delproceso de diseño:

Aplicación del análisis ysíntesis de los sistemas deingeniería.

Análisis del proceso dediseño como tarea depreparación y toma dedecisiones.

Determinación de losindicadores de eficiencia yselección de variables.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones aisladas

Implementación del algoritmo

Modelación matemática delproceso de diseño:

Definición del modeloteórico asumido en lainvestigación.

Definición de formulaciones matemáticas que describen y relacionan las diferentes variables que intervienen en el diseño.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones aisladas

Implementación del algoritmo

Formulación del modelo de

optimización multiobjetivo

para el diseño de

cimentaciones profundas:

Selección del método de

optimización a utilizar.

Establecimiento del espacio

de soluciones.

Definición de restricciones.

Establecimiento de variables

de decisión, límites, etc.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones profundas

Implementación del algoritmo

Implementación del

algoritmo :

Definición de casos de

estudio.

Análisis de los parámetros

geométricos obtenidos y

factores de seguridad.

Elección de la solución más

adecuada.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de cimentaciones aisladas

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Formulación del modelo de optimización multiobjetivo para el diseño de cimentaciones aisladas

Implementación del algoritmo

Implementación delprocedimiento• Selección de los casos de

estudio.• Análisis de dimensiones y

factores de seguridad.• Comprobación del diseño

optimizado desde el punto devista técnico y económico.

Análisis histórico lógico del proceso de diseño de muros de contención

Análisis sistémico del proceso de diseño

Modelación matemática del proceso de diseño

Modelo de optimización multiobjetivo para el diseño del muro

Implementación del procedimiento

Análisis externo del proceso

Coulomb (1776)

Rankine (1857)

Müller-Breslau (1906)

Terzaghi (1923)

Mononobe-Okabe (1926)

Métodos para el diseño geotécnico

Peso específico del suelo - γ

Ángulo de fricción - φ

Cohesión - C

Profundidad del Nivel Freático - NF

Características del suelo

Diseño EstructuralNormativas técnicas

Método de los estados límites (Estado límite último)

NC 207: 2003 Requisitos generales para el diseño y construcción de estructuras de hormigón.

NC 250: 2005 Requisitos de durabilidad para el diseño y construcción de edificaciones y obras civiles de hormigón estructural.

NC 450: 2006 Edificaciones-Factores de Carga o Ponderación -Combinaciones.

Relaciones entre los elementos que intervienen en el proceso de diseño de las cimentaciones a base de pilotes

Los estados límite de tipo geotécnico son los siguientes:

Estabilidad global: cuando el conjunto de la estructura y su cimiento pierden su estabilidad sin que se produzcan fallos locales en la estructura; hace referencia a las posibles líneas de rotura (superficies de deslizamiento) que engloban a toda la cimentación o a parte de ella. Sólo puede omitirse en terrenos llanos y firmes.

Hundimiento: cuando las cargas verticales van hacia abajo y se agota la suma de la resistencia del terreno a compresión en la punta del pilote y de la resistencia por rozamiento del terreno a lo largo del fuste, produciéndose movimientos longitudinales inadmisibles.

Estados Límite

Arranque: cuando las cargas verticales van hacia arriba y se agota la resistencia por rozamiento del terreno a lo largo del fuste, produciéndose movimientos longitudinales inadmisibles.

Rotura transversal del terreno: cuando los empujes transversales producen presiones en el terreno que agotan su capacidad portante, produciéndose movimientos transversales y/o giros inadmisibles.

Estados Límite

Diseño de una aplicación con base CAD para el diseño

de pilotes en parques fotovoltaicos

Autores: Ing. Jorge Enrique Figueredo Ramírez

Dr. C. Ing. Rolando Esteban Simeón Monet, Profesor Titular

Dr. C. Ing. Luis E. Acosta González, Profesor Titular