CO2 and cost optimization of reinforced concrete footings over a lime-treated soil using modified simulated annealing algorithm

Resumen

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.