tduex 2014 fernandez garcia

7/23/2019 TDUEX 2014 Fernandez Garcia

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TESIS DOCTORAL

OPTIMIZACIN DE ESTRUCTURAS DEINVERNADEROS POR

ALGORITMOS GENTICOS

M SOLEDAD FERNNDEZ GARCA

Departamento de Ingeniera del Medio Agronmico y Forestal

2014


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TESIS DOCTORAL

OPTIMIZACIN DE ESTRUCTURAS DEINVERNADEROS POR

ALGORITMOS GENTICOS

M SOLEDAD FERNNDEZ GARCA

Departamento de Ingeniera del Medio Agronmico y Forestal

Conformidad del Director:

Fdo. Pablo Vidal Lpez

2014


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A mi familia


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AGRADECIMIENTOS

Los cimientos que han servido de ase !ara la construcci"n de esta Tesis Doctoral est#n

elaorados !or una lista de !ersonas a las cuales deo una es!ecial menci"n $ a%radecimiento&

En !rimer lu%ar a mi Director de Tesis' (alo )idal' !or su infinita !aciencia' su continuo

a!o$o $ !or haer estado siem!re dis!uesto a transmitirme sus conocimientos&

A mis !adres' !or los valores $ educaci"n que me han dado' $ !or inculcarme desde !eque*a

que con !ersistencia' !aciencia $ traa+o se consi%uen todos tus retos&

A mi hermano Luis' !orque a !esar de la distancia' siem!re est# a mi lado&

A mi hermana Lu!e' !or su entusiasmo' su com!rensi"n $ su a!o$o en todos los momentos de

este dura andan,a' ofreci-ndome su a$uda $ e.!eriencia en cualquier ocasi"n&

A mi cu*ado' !or entenderme en lo no entendile $ a mi /nica sorina' que ha a!arecido !ara

dar m#s ilusi"n a la lle%ada a esta meta&

A mis ami%os' que siem!re est#n ah0 $ en es!ecial a mi me+or ami%a Mamen' !or su a%uante

en los momentos de deses!eran,a $ des#nimo&

1inalmente' ten%o que nomrar' !or la a$uda que me ofrecido %racias a la ilio%raf0a

suministrada' a D& 2oracio Gon,#le, )elasco&


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CAPTULO 4.RESUMEN


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RESUMEN

iii

Los AG son un mtodo de optimizacin metaheurstica que tienen sus inicios a

partir de los aos !" #esde entontes se han realizado numerosos estudios relati$os a

la optimizacin de estructuras con este mtodo% implementando AG en cuanto a tipos

de estructuras & a su tamao% tipos de $aria'les% me(orando & estudiando sus

componentes )entre ellos los distintos operadores de reproduccin* & esta'leciendo

estrate+ias para su a(uste% como la elitista" Sin em'ar+o no e,isten muchas re-erencias

relati$as a la implementacin de AG en in$ernaderos"

Esto es de'ido% a que aunque su aparicin se remonta a miles de aos atr.s & su

e$olucin ha sido constante% la ma&ora de las re-erencias e,istentes relacionadas con

ellos est.n encaminados a un estudio descripti$o m.s que in+enieril% & dentro de este

/ltimo% a la me(ora de las condiciones clim.ticas & medioam'ientales en este )sistemas

de cale-accin% re-ri+eracin0*" Es con la aparicin de la Norma Europea )UNE1EN

23!3212* cuando se potencian los estudios encaminados al c.lculo estructural de este

tipo de construcciones" Sin em'ar+o% muchos autores coinciden% en que los

in$ernaderos se constru&en en 'ase a la e,periencia que han ido adquiriendo las

empresas constructoras a lo lar+o de los aos% esta'leciendo unas dimensiones -i(as en

su c.lculo% aadiendo o eliminando t/neles o prticos en -uncin de la super-icie que

necesiten a'arcar"

En Espaa e,iste una +ran super-icie dedicada a t/neles e instalaciones -i(as%

unas 4!"!!! ha% de las cuales el 56 7 se encuentran concentradas en Almera% & de las

m.s com/nmente utilizadas actualmente destacan los multit/neles"

El principal o'(eti$o de este tra'a(o es optimizar la construccin de este tipo de

estructuras )in$ernadero multit/neles* mediante AG% inclu&endo la cimentacin%

mediante su c.lculo estructural% aplicando la normati$a e,istente para poder determinarel coste econmico )euros8m9% inclu&endo mano de o'ra & materiales* de los distintos

modelos planteados" Se realiza el estudio del in$ernadero multitunel comercial m.s

usualmente utilizado & se consideran $arias alternati$as en su diseo a partir de esta"

En el desarrollo de esta :esis #octoral% primeramente se hace un estudio

estructural en 3# mediante un an.lisis en se+undo orden de un modelo de in$ernadero

multitunel utilizado comercialmente en el sudeste de Almera & si+uiendo la normati$a


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RESUMEN

i$

$i+ente" ;ara ello se realiza un c.lculo en 9< orden utilizando un an.lisis matricial con

MA:LA=% pre$iamente $alidado con un Mtodo de Elementos >initos )ME>*"

Se plantean dos alternati$as a dicho modelo% modi-icando diseo &8o

dimensiones & se estudia el coste econmico por metro cuadrado% que ori+ina la

construccin de dichas estructuras considerando su cimentacin"

La cimentacin se calcula mediante el modelado de la interaccin entre las

zapatas & el terreno" ;ara ello se realiza un estudio con c.lculo matricial en 3# en

MA:LA= a partir del modelo de ?in@ler" En este diseo se $alida por un lado su

procedimiento de c.lculo% & por otro lado la aplicacin del modelo empleado% este

/ltimo mediante un modelo de contacto super-icie1super-icie"

;osteriormente se plantea un AG elitista% de modo que permita que los me(ores

indi$iduos de una po'lacin pasen a la si+uiente +eneracin incondicionalmente% para

optimizar dichos diseos & calcular el coste que suponen del mismo modo que

anteriormente"

Se de-inen los conceptos '.sicos de un AG desde el punto de $ista 'iol+ico

para entender con claridad las pautas & -orma de actuar del AG planteado

posteriormente" Se+uidamente se desarrollan todos los elementos que inter$ienen en el

AG% esta'leciendo un AG elitista" #e i+ual -orma que se $alida el c.lculo de la

estructura & cimentacin% el AG realizado con MA:LA=% se compara con la misma

optimizacin realizada con ANSS% $eri-icando el 'uen -uncionamiento de los AG

-rente a otros sistemas"

Se implementa un AG para la estructura% a partir del cual% & con los resultados

o'tenidos del indi$iduo m.s apto de la po'lacin +enerada en este% se de-ine un AG

para la cimentacin" Se a(ustan los $alores de los operadores de cruzamiento &

seleccin% as como la pro'a'ilidad de elitismo de los AG desarrollados% para re-inar

los resultados o'tenidos de ellos"

Adem.s% en cualquier disciplina de in+eniera% aparecen numerosas aplicaciones

in-orm.ticas que permiten la modelizacin de sistemas a partir de una estructura de

tra'a(o o considerando las normas pu'licadas" Sin em'ar+o% aunque e,isten numerosos

pro+ramas comerciales )B;E%0* destinados a realizar el c.lculo estructural & deoptimizacin de construcciones de acero% para los in$ernaderos comerciales% & en este


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RESUMEN

$

caso los in$ernaderos multit/neles% estas aplicaciones no son $.lidas de'ido a la

di-erente manera de com'inar las acciones respecto a las na$es industriales% & al c.lculo

de 9< orden% que no siempre hacen los pro+ramas comerciales & por lo tanto se acude a

pro+ramas de elementos -initos"

;or ello en este tra'a(o se desarrollan dos pro+ramas in-orm.ticos% uno que

permite determinar el coste )8m9de estructura & cimentacin% con material & mano de

o'ra* de in$ernaderos multituneles se+/n las dimensiones% car+as & per-iles

esta'lecidos% & otro en el que de-iniendo las dimensiones & car+as a aplicar en el

modelo% as como los par.metros para realizar la optimizacin% optimiza a tra$s de

AG el in$ernadero multit/nel% e,poniendo el coste en 8m9 de estructura &

cimentacin% del mismo modo que el anterior% & considerando del indi$iduo m.s apto+enerado en am'os al+oritmos" En am'os pro+ramas in-orm.ticos se pueden sacar

listados de las compro'aciones & caractersticas de los per-iles & dimensiones utilizados

en el modelo"

#e los resultados o'tenidos en esta in$esti+acin & que se muestran en la

presente :esis #octoral% se conclu&e que el AG desarrollado permite reducir el coste

tanto estructural% como con la inclusin de la cimentacin% de los tres diseos

planteados entre un 57147% & en los que una pequea modi-icacin en las

dimensiones del in$ernadero multit/nel comercial normalmente utilizado puede

pro$ocar una reduccin en torno al 6%6C 7 del coste en8m9"


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$i


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CAPTULO 1.NDICE DE CONTENIDOS


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ix

NDICE DE CONTENIDOS

CAPTULO 1: INTRODUCCIN.................................................................................. 1

1.1. INVERNADEROS .............................................................................................. 3

1.2. OPTIMIZACIN DE ESTRUCTURAS.......................................................... 9

1.3. CONCLUSIONES A LOS ANTECEDENTES .......................................... 12

CAPTULO 2: OBJETIVOS............................................................................................ 15

2.1. OBJETIVOS ......................................................................................................... 17

2.2. ORGANIZACIN DE LA INVESTIGACIN .......................................... 18

CAPTULO 3: MATERIALES Y MTODOS........................................................... 21

3.1. CLCULO ESTRUCTURAL ! DE CIMENTACIN DE

INVERNADERO MULTIT"NEL ........................................................................ 23

3.1.1. E#$%&'$&%( ................................................................................................... 23

3.1.1.1. G)*+)$%,( )#$%&'$&%(- /*%+(# 0) '-'&-* '(%(# .............. 23

3.1.1.2. C*/0i'i*/)# 0) '*/$*%/* +($)%i(-)# 4)%i-)# .................... 36

3.1.1.3. P%*')0i+i)/$* 0) '-'&-* 0) -( )#$%&'$&%( ............................. 6

3.1.1.. C*+4%*('i*/)# 0) #)''i*/)# (%%(# 0) -( )#$%&'$&%( ..... 9

3.1.2. Ci+)/$('i/ ............................................................................................... :2

3.1.2.1. G)*+)$%,( /*%+(# 0) '-'&-* '(%(# ................................. :2

3.1.2.2. C*/0i'i*/)# 0) '*/$*%/* +($)%i(-)# ................................... :5

3.1.2.3. P%*')0i+i)/$* 0) '-'&-* 0) -( 'i+)/$('i/ ......................... :5

3.2. ESTUDIO ECONMICO................................................................................ ::

3.3. PROGRAMA DESARROLLADO .................................................................. :8

3.. ALTERNATIVAS ESTRUCTURALES ESTUDIADAS ............................ :9


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x

3.5. MATERIALES ! M;TODO DE OPTIMIZACIN ................................. 71

3.5.1. P%*')#* 0) *4$i+ii0&*# .............................................................. 7

3.5.1.2.3. L( &/'i/ *@)$i>* .................................................... 75

3.5.1.2.. L*# *4)%(0*%)# 0) %)4%*0&''i/ ............................. 7:

3.5.1.2.5. E-i$i#+* ......................................................................... 863.5.1.2.:. R))+4-(* +*0ii'(0( ................. 8

3.5.2.3. O4)%(0*%)# 0)- AG .................................................................. 8:

3.5.2.3.1. O4)%(0*% 0) )-i$i#+* .................................................. 8:

3.5.2.3.2. O4)%(0*%)# 0) %)4%*0&''i/ ................................... 87

3.5.2.. N&)>( 4*-('i/....................................................................... 96

3.5.2.5. R))>(-&('i/ 0) -( 4*-('i/.................................................. 91

3.5.3. A@$) 0) -*# *4)%(0*%)# .......................................................................... 95

3.5.. P%*%(+( *4$i+i


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xi

CAPTULO 4: RESULTADOS....................................................................................... 97

.1. RESULTADOS MODELO ESTRUCTURAL .............................................. 99

.1.1. V(-i0('i/ 0)- +*0)-* .............................................................................. 99

.1.2. V(-i0('i/ 0)- 4%*')0i+i)/$* ................................................................ 161

.2. RESULTADOS MODELO DE CIMENTACIN .................................... 163

.2.1. V(-i0('i/ 0)- +*0)-* ............................................................................ 163

.2.2. V(-i0('i/ 0)- 4%*')0i+i)/$* ................................................................ 168

.3. RESULTADO DE LA ESTRUCTURA SIN OPTIMIZAR ..................... 126

.3.1. R)#&-$(0* 0) -(# 0i+)/#i*/)# 0) -( )#$%&'$&%( ..................................... 126

.3.2. R)#&-$(0* 0) (/-i#i# 0) -*# 0i#$i/$*# +*0)-*# )#$%&'$&%(-)#

)#$&0i(0*# .............................................................................................. 12

.. RESULTADO DE DIMENSIONES DE LAS ZAPATAS ...................... 136

.5. ESTUDIO ECONMICO.............................................................................. 136

.:. PROGRAMA CLCULO MULTIT"NEL ................................................. 132

.7. VALIDACIN DE LOS ALGORITMOS GEN;TICOS ....................... 133

.8. OPTIMIZACIN ANLISIS DE SENSIBILIDAD ............................... 137

.9. RESULTADO DE LA OPTIMIZACIN ................................................... 13

.9.1. R)#&-$(0* 0) -( *4$i+i


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xii

CAPITULO 5: CONCLUSIONES .................................................................. 157

5.1 INTRODUCCIN ............................................................................................ 159

5.2. TRABAJO REALIZADO ............................................................................... 159

5.3.CONCLUSIONES PROPIAMENTE DICAS ........................................ 1:6

CAPTULO 6: FUTURAS LNEAS DE INVESTIACIN ........................ 1:3

:.1. UTURAS LFNEAS DE INVESTIGACIN ............................................. 1:5

BIBLIORAFA .............................................................................................. 1:7

ANE!O I: CODIFICACIN .......................................................................... 179

ANE!O II: CARACTERSTICAS PERFILES............................................... 185

ANE!O III: LISTADO M1 OPTIMI"ADO ................................................... 195

ANE!O IV: LISTADO M2 OPTIMI"ADO ................................................... 225

ANE!O V: LISTADO M3 OPTIMI"ADO .................................................... 255


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CAPTULO 1.Introduccin


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2


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CAPTULO 1

3

1.1. INVERNADEROS

Los invernaderos son construcciones, cubiertas con un material que permite el paso

de la luz solar, con el obeto de obtener unas condiciones clim!ticas " ambientales que

#avorezcan el desarrollo " la producci$n de plantas " cosec%as en su interior&

A lo lar'o de los a(os, %an ido su#riendo modi#icaciones tanto en su dise(o como

en los materiales empleados para su construcci$n, %asta lle'ar a los invernaderos que

actualmente se conocen& A continuaci$n se e)pone una breve rese(a %ist$rica que mu"

detalladamente e)ponen *onz!lez+eal " -aille .2//0&

n esopotamia, 'ipto e 4srael, *recia " oma "a se practicaba el cultivo de

ve'etales en macetas o barriles, prote'i5ndolos de noc%e en t6neles, verandas o despensas.*reene, 1783& n el idras% .comentarios rab9nicos de la -iblia, Libro del clesiast5s, se

e)pone, que %ace unos 3&/// a(os en :erusal5n "nada faltaba en la mesa del Rey Salomn ni rosas

con el calor del verano ni calabacines en la estacin lluviosa".

La producci$n #uera de estaci$n "a era conocida en la anti'ua Atenas " en oma&

;e %ec%o, Teo#rasto .3 AC+?0 ;C "a

cuestionaba este tipo de pr!ctica a'r9cola ("no estn viviendo en contra de la Naturaleza aquellos

que cultivan rosas en invierno con vapores de agua caliente..."!.

Las placas de vidrio no se conocieron %asta el si'lo 444 .@ri'%, 173>, por lo que la

protecci$n de cultivos se %ac9a con placas de talco o bien de mica& sto supone, que en esta

5poca el uso de paneles, con baa transmisividad a la radiaci$n solar, #uese el principal

#actor limitante de la productividad& s entonces probable que #uese m!s #actible aportar a

los cultivos di#erentes #uentes de calor que meorar el nivel de radiaci$n de estas

protecciones temporales& ste aspecto parece con#irmarse con el descubrimiento en

Pompe"a de un vesti'io que parece ser un invernadero .Lemmon, 17?2, donde "a se

recuperaba la ener'9a de los %umos e)tra9dos de una estu#a, %aci5ndolos circular a trav5s de

las paredes %uecas de la construcci$n .=tan'%ellini, 178


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4ntroducci$n

>

n Asia la protecci$n de cultivos se %ac9a con papel en'rasado .An$nimo, 17?0,

utiliz!ndose esta t5cnica en muc%as de sus re'iones %asta mediados del si'lo .noc% "

noc%, 1777&

Por supuesto, que la e)istencia ancestral de todas estas construcciones r6sticas nopermite in#erir que las condiciones clim!ticas en su interior #uesen adecuadas ni que se

alcanzasen en ellas niveles elevados de productividad& Anti'uamente, estas construcciones

no estaban destinadas, como en nuestros d9as, a ser una %erramienta de investi'aci$n ni

tampoco ten9an como obetivo #inal "retomar un beneficio al productor que basa en ellas su empleo "

en las que arriesga su capital .Banan, 1778& =e conoce, sin embar'o, que una de las

condiciones que %an contribuido a su meora " desarrollo %a sido el deseo de las clases altas

de poseer #lores " %ortalizas #uera de estaci$n& A%ora bien, desde el #inal del 4mperioomano %asta el principio del enacimiento no se %an mani#estado cambios importantes

en las estructuras destinadas a la protecci$n de cultivos en uropa, quedando su uso

circunscrito a las clases nobles .noc% " noc%, 1777&

Aunque e)isten indicios de la e)istencia a #inales del si'lo de construcciones en

spa(a e 4talia que ser9an m!s tarde precursoras de lo se conocer9a como las Doran'er9esD

#rancesas, est! claro que, %asta apro)imadamente el si'lo 4, todas las actividades

relacionadas con la a'ricultura eran un arte que a'lutinaba una serie de normas sur'idas deobservaciones acumuladas durante si'los, mezcladas a menudo con supersticiones&

Con el paso del tiempo, el desarrollo de la protecci$n de cultivos se %a ido

apo"ando en una base de conocimientos cualitativos %asta que la meora de la t5cnica de

producci$n de paneles de vidrio dio paso a los invernaderos tipo Doran'eriesD .Lemmon,

17?2, constru"5ndose la primera en 4n'laterra por Lord -ur'%le" en 10?2&

Bacia la mitad del si'lo 4 se constru"e en Padua la primera Universidad bot!nicacon un invernadero .Lemmon, 17?2, se'uida por la Universidad de Pisa& Aparecen con

Eerrarius .1?>? " con noc% et noc%, .1777 las primeras recomendaciones sobre el arte

de cultivar con aporte de cale#acci$n al mismo tiempo que las Doran'eriesD empiezan a

desarrollarse por toda uropa& s un paso previo %acia la modi#icaci$n del medioambiente

de estas construcciones nobles que tienen por obeto satis#acer las e)i'encias de luo "

e)otismo de las clases altas& As9 las cosas, Luis 4 ordena que se ampl9e la Doran'erieD de

ersailles, que lle'$ a tener un volumen de unos ?/// m3& A(os m!s tarde los invernaderos

empezar9an a implantarse en el nuevo mundo&


25/308

CAPTULO 1

0

Un si'lo m!s tarde sur'en todo tipo de recomendaciones sobre construcci$n,

climatizaci$n " a%orro ener'5tico& st! claro que a partir de la revoluci$n cient9#ica del si'lo

44, la e)perimentaci$n %ab9a empezado a ser "a una parte esencial e inte'rante de la

ciencia, %abi5ndose convertido FeGton en esta 5poca en el maestro de la #iloso#9a

e)perimental .Crombie, 1783&

n la primera mitad del si'lo 4 aparecen realmente los primeros cambios

notables en la construcci$n de invernaderos .Bi), 17& Los invernaderos " protecciones

temporales pasan de ser un pasatiempo para ricos a desarrollarse en torno a las 'randes

ciudades de uropa " de Am5rica& =e inventan las t5cnicas para #abricar %ierro #undido

.noc% " noc%, 1777 " se meoran los m5todos de #abricaci$n del vidrio& Las placas de

vidrio pasan de tener peque(as dimensiones ./,13 m ) /,23 m a #ormar paneles de /,3/ mde anc%o " m!s del doble de lar'o& La #abricaci$n de las primeras placas de vidrio con 1>1

cm de lon'itud aparece en -5l'ica en 188/ .noc% " noc%, 1777& Consecuentemente, el

desarrollo de invernaderos de vidrio de 'ran super#icie va a ser paralelo al desarrollo de la

arquitectura del %ierro " del vidrio& Un eemplo claro se encuentra en los edi#icios #ranceses

de la 5poca con 'randes tra'aluces .DLa a'dalenaD de i'non en Par9s&

Los invernaderos de 'randes dimensiones, preconizados por Loudon, .1823, 1820,

%an contribuido en la 5poca al desarrollo de estas construcciones& n 1801 Pa)tonconstru"e en B"de ParH .Londres el conocido Palacio de Cristal, primer invernadero

modular, que #ue la atracci$n de la *ran )posici$n 4nternacional que tuvo lu'ar a #inales

de si'lo& Ba sido 5ste el primer edi#icio de 'randes dimensiones .super#icieI ?2&/// m2

construido con cristal .l!minas de 1,2/ m de lon'itud, %ierro " madera, montado sobre

armadura de %ierro #undido " laminado& Aunque estas construcciones no se destinaban a

una e)plotaci$n comercial&

s precisamente en el si'lo 4 cuando empieza la %istoria de los pl!sticos,aunque

totalmente desvinculada de las aplicaciones a'r9colas& La primera producci$n "

comercializaci$n aparece con la vulcanizacin del cauc#o en 1837, antes de que se conociese la

noci$n de macromol5cula o pol9mero& Posteriormente aparece el primer plstico artificial en

18


26/308

4ntroducci$n

?

A principios del si'lo los invernaderos de vidrio conocen en Bolanda su ma"or

desarrollo " en 17/> "a se publica el primer censo de super#icies destinadas a invernaderos&

n 17// se constru"e en Loosduinen un invernadero con estructura de acero, que ser! el

precursor de los invernaderos tipo DenloD& ;esde la primera aparici$n del prototipo

DenloD, en 173


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CAPTULO 1

2 %a& La provincia con un ma"or porcentae de estas

estructuras .>8M #u5 Almer9a con un total de 27&102 %a de invernaderos

.GGG&ma'rama&'ob&es&

Tipos de invernaderos

)iste numerosa " mu" e)tensa biblio'ra#9a re#erida a la clasi#icaci$n de la tipolo'9a

de invernaderos .*onz!lez+eal " -aille, 2//0N =errano, 2//0N on lsner " col&, 2/// a,b&

Teniendo en cuenta el tipo de material en la cubierta, se distin'uen enI

4nvernaderos con cobertura r9'ida .vidrio o pl!stico& n #unci$n del anc%o de luzI

invernaderos con luz 12 m

invernaderos con anc%ura media de luz .entre ?,>/ " 12 m

invernadero tipo enlo .luz ?,> m& odelo m!s popular dentro de los

invernaderos de cristal&

4nvernaderos con cobertura de #ilme pl!stico& ;e acuerdo a su con#ormaci$n

estructural " per#il e)ternoI

Parral& La cubierta presenta poca o nin'una inclinaci$n& Puede tener

cubierta plana, sim5trica o asim5trica& Fo se aconsea en zonas lluviosas&

Cubierta a un a'ua& ;iente de sierra& Uni$n en bater9a de naves a Jun

a'uaK, cu"a cubierta est! #ormada por planos inclinados .3/Q " cu"o pie

mas alto esta en contacto con el pie m!s bao de la si'uiente nave&

Cubierta a dos a'uas, de #orma sim5trica o asim5trica& Con pendientesuperior al 1/M& =on similares a invernaderos de cristal o pl!stico r9'ido,

pero con menor dimensi$n, al presentar poca altura, anc%o luz menor a

1/ m " poca pendiente en cubierta&

Cubierta en #orma de arco, tipo t6nel o multit6nel& Los t6neles tiene la

estructura totalmente curva desde su #iaci$n en el suelo %asta la

cumbrera& l invernadero multit6nel consiste en la uni$n de distintos

t6neles&


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4ntroducci$n

8

Como se %a descrito anteriormente, en la actualidad e)isten una 'ran variedad de

#ormas de invernaderos, sin embar'o en spa(a, las construcciones que predominan de

este tipo, son las de bao coste, estructuras mu" li'eras .=oriano " col&, 2//>&

Anti'uamente, el modelo predominante era el Jtipo parralK, sin embar'o, con el aumento

del nivel de automatizaci$n en los invernaderos, se industrializan este tipo de estructuras "

el invernadero multit6nel es el m!s e)tensamente utilizado .4ribarne, A"ala " Torres, 2//7&

)isten diversos trabaos relacionados con las estructuras de invernaderos, aunque

'eneralmente estas son analizadas desde un punto de vista descriptivo .on lsner " col&,

2/// a,b&

l estudio de estas construcciones, desde el punto de vista in'enieril, se en#oca

principalmente en dos puntosI

+ structural&

+ 4nstalaciones de climatizaci$n&

)isten numerosos art9culos relacionados con instalaciones de climatizaci$n

.-ouadila, Lazaar, =Houri, Rooli, " Ear%at, 2/1>N Eatnassi, -oulard, " -ouirden, 2/13N

Febbali, o", " -oulard, 2/12, sin embar'o, pocas son las investi'aciones relacionadascon el c!lculo estructural .Carre(o+Orte'a " col&, 2/11 " su cimentaci$n .Pe(a, 2//1& La

ma"or9a de los invernaderos se constru"en sin pro"ectos de construcci$n, basados

6nicamente en la e)periencia que %an ido adquiriendo las empresas constructoras a lo lar'o

de los a(os& =e establece unas dimensiones #ias para su c!lculo " a(aden o eliminan t6neles

o p$rticos se'6n sus necesidades&

n el a(o 2//1 se publica la Forma uropea .UF+F+13/31I2//1, que 'arantiza

la se'uridad estructural de los invernaderos por un periodo no in#erior al de su dise(o, "sirve de base para la certi#icaci$n de los invernaderos comerciales&

s con ella " con la pro'resiva automatizaci$n de los sistemas de control de clima "

rie'o, los pilares de una optimizaci$n de las condiciones del cultivo con un sistema racional

de uso de los recursos naturales .a'ua, #ertilizante, materiales pl!sticos, estructura, ener'9a,

pesticidasS " del incremento de la producci$n " calidad del sistema, que 'aranticen su

rentabilidad& A partir de aqu9, empiezan a aparecer al'unos trabaos relacionados con la


29/308

CAPTULO 1

7

capacidad estructural de los invernaderos .Calle$n " col&, 2//7N Castellano, Candura "

=carascia+u'nozza, 2//0N Pe(a " col&, 2//2&

1.2. OPTIMIZACIN DE ESTRUCTURAS

Los Al'oritmos *en5ticos .a partir de a%ora A*, son un m5todo de optimizaci$n

moderna, que se presentan como una alternativa a los procedimientos tradicionales de

b6squeda " optimizaci$n como m5todos sistem!ticos para la resoluci$n de estos

problemas&

Con los m5todos de optimizaci$n tradicionales basados en al'oritmos de b6squeda

e)%austiva o en pro'ramaci$n matem!tica .lineal, cuadr!tica, mi)ta&&& el volumen de

in#ormaci$n necesaria es tan desmesurada que acaban deando paso a los m5todos%eur9sticos " evolutivos entre los que destacan los al'oritmos 'en5ticos& Fumerosos

autores %ablan de las ventaas " desventaas del uso de estos A* .rbatur, Basanebi,

Ttnc " Rili, 2///N *arc9a, 2/12N Reane, 177>N Prendes, -ello " del Coz, 2//?& =in

embar'o, a continuaci$n se e)ponen cuatro cuestiones esenciales relacionadas con las

di#erencias de los A* #rente a los m5todos tradicionales de b6squeda " optimizaci$n

.Tolmos, 2//3I

1& Trabaan con un c$di'o del conunto de par!metros, no con el conunto mismo

.necesitan que el conunto de par!metros del problema de optimizaci$n est5 codi#icado en

cadenas #initas sobre un determinado al#abeto& Por trabaar a nivel de c$di'o, " no con las

#unciones " sus variables de control, como los otros m5todos, son m!s di#9ciles de

Jen'a(arK&

2& -uscan una poblaci$n de puntos, no un 6nico punto& anteniendo una

poblaci$n de puntos muestrales bien adaptados, se reduce la probabilidad de caer en una

cima #alsa&

3& mplean la #unci$n obetivo, no necesitan derivadas ni otra in#ormaci$n

complementaria, tan di#9cil a veces de conse'uir& ;e este modo 'anan en e#iciencia " en

'eneralidad&

>& =e valen de re'las de transici$n estoc!sticas, no deterministas& Los Al'oritmos

*en5ticos se valen de operadores aleatorios para 'uiar la b6squeda de los meores puntosN

puede parecer e)tra(o, pero la Faturaleza est! llena de precedentes al respecto&


30/308

4ntroducci$n

1/

Los A* son un m5todo de operaciones meta%eur9sticas inspiradas en la naturaleza,

mediante la aplicaci$n de los mecanismos b!sicos de la evoluci$n propuestos por ;arGin

en 1807 con la publicaci$n de su obra #undamental Jel ori'en de las especies por medio de

la selecci$n natural, o la preservaci$n de las razas pre#eridas en la luc%a por la vidaK&

=e basa en la misma metodolo'9a que la evoluci$n biol$'ica, selecci$n, cruzamiento

" mutaci$n, mediante la combinaci$n de los individuos m!s aptos de una poblaci$n de

posibles soluciones, determinando un al'oritmo de b6squeda que puede aplicarse para

resolver problemas de optimizaci$n en campos de mu" diversa 9ndole&

A partir de los a(os 0/ empiezan a aparecer los primeros Al'oritmos *en5ticos,

pro'ramados en ordenadores por investi'adores que buscaban realizar modelos de

aspectos de la evoluci$n natural& Pero no es %asta 17?2, cuando se realizaron los primeros

trabaos inspirados en la evoluci$n aplicados a problemas m!s arti#iciales, como, la

optimizaci$n de #unciones " aprendizae autom!tico, desarrollados independientemente por

*&&P& -o), *&:& Eriedman, @&@& -ledsoe " B&:& -remermann .arcz"H, 2//>, los cuales

no alcanzaron muc%o impacto&

=in embar'o, en ese mismo a(o, :o%n Bolland con sus trabaos sobre sistemas

adaptativos, estableci$ las bases para desarrollos posteriores " #ue el pionero en proponer

e)pl9citamente el cruzamiento " otros operadores de recombinaci$n&

Pero no #ue %asta 17


31/308

CAPTULO 1

11

Considerar los si'uientes pasos %asta que se #inalice el proceso tras un

n6mero de 'eneraciones o cuando "a no e)iste modi#icaci$n en la

meor9a de la poblaci$nI

+=eleccionar a un conunto de individuos que pasaran a #ormar parte

en el cruzamiento .padres&

+Cruzamiento de padres para #ormar la descendencia .%ios&

+Aplicar la mutaci$n en los %ios&

+4ntroducir a los %ios en la poblaci$n&

+liminar a los individuos menos aptos&

A(os m!s tarde, ;avid *olber' conoci$ a Bolland " se convirti$ en su estudiante&

*olber' era in'eniero industrial " le resulto atractiva la idea de aplicar los Al'oritmos

*en5ticos a problemas industriales& Bolland intento de disuadirle en su obetivo, porque

cre9a que el problema era complicado como para aplicar esta t5cnica, pero *olber' no

desisti$ de su intento " tras la creaci$n de un Al'oritmo *en5tico mediante pro'ramaci$n

en ordenador, en 1787, public$ un libro .*enetic Al'orit%ms que asentaba una s$lida base

cient9#ica en el campo de la optimizaci$n mediante Al'oritmos *en5ticos " que reco'9a

m!s de


32/308

4ntroducci$n

12

Prendes, -ello " del Coz .2//0, 2//? emplearon un Al'oritmo *en5tico binario

elitista en estructuras de tres dimensiones alcanzando resultados se'uros menos

sobredimensionados que los utilizados en otros m5todos de c!lculo& Adem!s introduce un

operador de cruce por #enotipo, que presenta meores individuos que los comparados con

los operadores de cruce por 'enotipo tradicionales&

Pero no son los 6nicos trabaos publicados en torno a la optimizaci$n de

estructuras con Al'oritmos *en5ticos .Adeli " C%en', 177>N -el Bad Ali, F&, =ellami,

Cuttin'+;ecelle " an'in, 2//7N C%en " aan, 1778N rbatur, Basanebi, Ttnc, "

Rili, 2///N :enHins, 177


33/308

CAPTULO 1

13

o considerando las normas publicadas& =in embar'o, aunque e)isten numerosos pro'ramas

comerciales .CP,S destinados a realizar el c!lculo estructural de construcciones de

acero, para los invernaderos comerciales, " en este caso los invernaderos multit6neles, estas

aplicaciones no son v!lidas debido a la di#erente manera de combinar las acciones respecto

a las naves industriales, " al c!lculo de 2Q orden, que no siempre %acen los pro'ramas

comerciales " por lo tanto se acude a pro'ramas de elementos #initos&


34/308

1>


35/308

CAPTULO 2.Objetivos


36/308


37/308

CAPTULO 2

17

2.1. OBJETIVOS

Los objetivos de este trabajo estn enfocados a dos lneas de investigacin

ferte!ente vincladas"

1# Anlisis $ clclo de estrctras de invernaderos" Los objetivos %e se

&ersigen son los sigientes"

'stablecer !ediante n anlisis !atricial en tres di!ensiones ()*#+

na !etodologa de clclo de estrctras de invernaderos !ltitnel+ con cbierta

crva+ canaln $ grandes di!ensiones a trav,s de la nor!ativa &blicada &ara ello $

seg-n los &rece&tos de n anlisis de segndo orden.

*esarrollar a trav,s de n anlisis !atricial )*+ el estdio de la

ci!entacin necesaria en las estrctras de invernaderos estdiadas considerando el

co!&orta!iento selo/ci!iento.

0alidacin de los !odelos !atriciales en )* desarrollados &ara el

clclo de la estrctra $ la ci!entacin+ con n !,todo de ele!entos finitos.

Plantea!iento $ estdio de tres !odelos distintos de invernaderos

!ediante !odificacin di!ensional $ de diseo de n !odelo co!ercial inicial

estdiado.

Co!&aracin econ!ica de la constrccin de los distintos diseos

de invernaderos definidos.

Creacin de n &rogra!a infor!tico %e &er!ita el clclo de

estrctras $ ci!entaciones de invernaderos !ltitnel+ con cbierta crva+ canaln

$ grandes di!ensiones $ el coste econ!ico %e s&one &or !2.

2# O&ti!iacin de invernaderos"

*esarrollo de n Algorit!o 3en,tico (A3# a trav,s de 4ATLA5

%e &er!ita !ini!iar el coste de acero $ 6or!ign de n invernadero+ a trav,s del

estdio de ss ele!entos estrctrales $ ci!entacin seg-n la !etodologa de

clclo &lanteada.


38/308

Objetivos

1

'stdio de los o&eradores de re&rodccin a tiliar en el A3

&lanteado.

Creacin de n &rogra!a infor!tico %e deter!ine la estrctra $ci!entacin !s o&ti!as %e generan el !ni!o coste !etro cadrado (/m2) a

trav,s de nas condiciones $ diseo establecido.

Co!&aracin econ!ica de la constrccin de invernaderos

obtenidos de la solcin !s o&ti!a generada &or el A3 &lanteado+ &ara cada no

de los diseos de invernaderos definidos.

Co!&aracin econ!ica de la constrccin de invernaderosobtenidos entre los distintos !odelos &lanteados+ sin o&ti!iar $ tras la

o&ti!iacin.

2.2. ORGANIZACIN DE LA INVESTIGACIN

La Tesis *octoral se estrctra en seis Ca&tlos+ del sigiente !odo" 'l &ri!ero se

6a dedicado a introdcir el te!a de la Tesis *octoral+ con indicacin e8&resa a las

conclsiones derivadas de este. 'n el segndo $ actal Ca&tlo+ se establecen los objetivos%e se desarrollan en este trabajo $ se define la organiacin %e se sige en s e8&osicin.

'n el Ca&tlo )+ se detallan los !ateriales $ !,todos tiliados. Por n lado+ se &las!an

las caractersticas de los !odelos estdiados+ las acciones %e act-an sobre ellos $ los

!,todos de clclo segidos. Ade!s define n &rogra!a infor!tico &ara la

co!&robacin $ clclo de coste econ!ico &ara la constrccin de n invernadero

!ltit-nel. Por otro lado+ se definen los conce&tos bsicos de n A3 desde el &nto de

vista biolgico &ara abordar con claridad las &atas $ for!a de trabajo del A3 &lanteado

&osterior!ente. 'n este ca&tlo+ se e8&one la !etodologa segida &ara la i!&le!entacin

de los A3 de la estrctra $ ci!entacin establecidos. 'n el ca&tlo 9 se abordan los

resltados obtenidos de las validaciones de los !,todos tiliados+ as co!o de los clclos

estrctrales+ $ &osterior o&ti!iaciones con A3 realiadas seg-n el Ca&tlo anterior.

'n el Ca&tlo : se e8&onen $ discten las conclsiones alcanadas+ tanto en el

clclo+ co!o en la &osterior o&ti!iacin de los !odelos analiados.


39/308

CAPTULO 2

1;

'l Ca&tlo < describe las ftras lneas de investigaciones del &resente trabajo $

final!ente+ se !estra la bibliografa tiliada en el desarrollo de la Tesis *octoral.

=e incl$en varios ane8os" Ane8o >. Codificacin+ en el %e se establece la

codificacin binaria tiliada en las variables %e intervienen en el A3+ Ane8o >>.Caractersticas &erfiles+ donde se reflejan las caractersticas de los &erfiles tiliados+ $ el

Ane8o >>>. Listado 4odelo 1 O&ti!iado+ Ane8o >0. Listado 4odelo 2 O&ti!iado $

Ane8o 0. Listado 4odelo ) O&ti!iado+ resltados del &rogra!a infor!tico realiado+ al

o&ti!iar los &erfiles de la estrctra $ di!ensiones de la ci!entacin en las geo!etras

estdiadas. 'n ellos se definen estrctral!ente cada na de los !odelos desarrollados+ $

se &las!an los resltados obtenidos con la a&licacin del A3 &lanteado.


40/308

2?


41/308

CAPTULO 3.Materiales y Mtodos


42/308


43/308

CAPTULO 3

23

En este apartado se describen los medios empleados para la realizacin del trabajo,

as como el desarrollo de los mtodos analticos !tilizados para s! elaboracin"

Primeramente se #ace !n est!dio del in$ernadero m!ltit%nel planteado &incl!'endo tanto

estr!ct!ra como cimentacin( para )inalmente desarrollar el al*oritmo *entico +!e

optimizar el modelo"

3.1. CLCULO ESTRUCTURAL Y DE CIMENTACIN DE INVERNADERO

MULTITNEL

3.1.1. Estructura

3.1.1.1. Geoetr!a estructura"# $oras %e c&"cu"o ' car(as

En esta Tesis -octoral, se realiza el est!dio de in$ernaderos comerciales

m!ltit%neles, con c!bierta c!r$a, canaln ' *randes dimensiones" .e tiene en c!enta +!e la

estr!ct!ra de estos in$ernaderos est )ormada por dos !nidades de prticos centrales +!e

se repiten consec!ti$amente &/i*!ra 3"0("

/i*!ra 3"0" Ejemplo de *eometra de in$ernadero m!ltit%nel

Pro)!ndidadAnc#!ra

Prticosec!ndarioen est!dio

Prticoprincipal enest!dio

Correas

Canaln

Tornap!ntas


44/308

1ateriales ' 1todos

2

El primer tipo de prticos centrales est )ormado por prticos con arcos en celosa

apo'ados en pilares &prtico principal(, &las celosas sir$en para col*ar los c!lti$os( ', el

se*!ndo, por arcos )lotantes &prtico sec!ndario( +!e al tener slo pilares etremos los

arcos estn apo'ados %nicamente en los canalones" 4ormalmente, ambos prticos se

separan 2,5 m, repitindose ambas !nidades estr!ct!rales"

.e*%n 6z+!ez7Cabrera ' col" &2800a, 2800b(, el estado de las tensiones en distintos

in$ernaderos m!ltit%neles, permite comprobar +!e las tensiones son ma'ores en

in$ernaderos de 3 t%neles respecto a in$ernaderos de ma'or n%mero de t%neles, ' +!e

adems la tensin dismin!'e al a!mentar el n%mero de t%neles" En ese mismo trabajo

tambin se indica +!e en lo relati$o a la pro)!ndidad del in$ernadero, a partir de 58 m, la

pro)!ndidad deja de a)ectar"

En lo relati$o a las car*as aplicadas, tomadas de la normati$a e!ropea U4E7E47

0383092882 ' s!s adaptaciones a los $alores de Espa:a &U4E ;4, U4E

;4?>19288; ' U4E ;4(, estas son i*!ales para todos los prticos

del in$ernadero est!diado, es decir +!e las car*as permanente, $iento, nie$e, etc@ son las

mismas para los prticos etremos +!e para los centrales, lo +!e *enera +!e el conj!nto de

prticos principal ' sec!ndario, ten*an todos la misma *eometra ' car*a, a ecepcin de

los prticos #astiales"

Considerando todo lo anterior, ' debido a la *ran $ariabilidad de *eometras de

in$ernaderos m!ltit%nel posibles en )!ncin del n%mero de t%neles ' s! pro)!ndidad, en

este trabajo se emplea como *eometra de clc!lo !n in$ernadero m!ltit%nel de tres t%neles

contenidos en dos planos de simetra, !no el +!e contiene el prtico de arcos )lotantes ' el

se*!ndo +!e incl!'e el otro prtico central" -e esta manera se p!ede calc!lar con !n coste

comp!tacional no ecesi$o &/i*!ra 3"2( sol!ciones estr!ct!rales de in$ernaderos de *randes

dimensiones"


45/308

CAPTULO 3

25

/i*!ra 3"2" -imensiones del modelo est!diado

As, con la *eometra planteada ' estableciendo las mismas secciones en todas las

barras anlo*as, se reco*e el reparto de car*as +!e inter$iene en c!al+!ier in$ernadero de

este tipo a!n+!e ten*a ma'or pro)!ndidad ' n%mero de t%neles, al ser las tensionesprod!cidas en estas menores &6z+!ez7Cabrera ' col" &2800a, 2800b(("

-e)inida la estr!ct!ra en tres dimensiones &3-(, s! dise:o reco*er la in)l!encia de

las car*as determinadas en la normati$a considerada ' el in)l!jo +!e prod!cen los

elementos estr!ct!rales de !nin &correas ' canalones( entre ambas lneas de arcos"

Las dimensiones de este tipo de in$ernadero p!eden ser m!' $ariables &onzlez ' Baille,

2885 #ttp9??DDD")abricantein$ernaderos"com?prod!ctos?in$ernaderos?m!lticapilla7de7tec#o7c!r$o? #ttp9??DDD"!lmaa*ricola"com?caste?prod!ctos?prod!ctos"aspidprodF

2Gima*en(, siendo !na de las *eometras ms com!nes &/i*!ra 3"2( !na l!z de na$es de H

m, alt!ra a cabeza pilares ,5 m, ' a c!mbrera < m" Los montantes &barras +!e !nen tirante

a arco( tendrn !na separacin de 2 m entre ellas ' !nir !na barra oblic!a &tornap!nta( del

tirante a la correa central con !na inclinacin de 5I" La separacin entre prticos

principales ' sec!ndarios ser de 2,5 m" Las correas de !nin entre pilares se sit!arn a 3?H

'


46/308

1ateriales ' 1todos

219 288;( para las

acciones del $iento, ' el in)orme U4E ;4 para las acciones de la nie$e" Esta

%ltima permite !n aj!ste de los coe)icientes parciales ' de combinacin de las acciones a

considerar con respecto a la norma U4E7E4 038307092882"

Los in$ernaderos de pared )leible, se*%n la norma U4E7E4 038307092882, se

calc!lan slo para los Estados Lmites Jltimos &ELU(, sin tener en c!enta los Estados

Lmites de .er$icio" En este trabajo los anlisis ELU se realizan con)orme las

especi)icaciones de secciones ' barras planteadas en el E!rocdi*o 3 E470==3707092885"

Los elementos de cimentacin +!e se s!elen emplear en in$ernaderos t%nel son de

tipo cilndrico ' s! comportamiento se aj!star mediante !n modelo de clc!lo matricial

3- basado la teora de blo+!e r*ido, espec)icamente dise:ado ' $alidado para este trabajo"

Una $ez estimados los es)!erzos sobre el terreno con el modelo matricial se comprob la

$alidez de los mismos de ac!erdo con el apartado PO B" .e considera !n tiempo mnimo de

$ida %til de 08 a:os ' +!e presenta )ijacin en c!mbrera &el plstico no presenta despe*!e

de la estr!ct!ra("

Las car*as +!e inter$ienen en este est!dio son las si*!ientes9


47/308

CAPTULO 3

2;

7Acciones permanentes9 en ellas +!edan contempladas tanto las car*as

propias del )ilm +!e rec!bre el in$ernadero &=,82 087K4?m2, de 087m de espesor(,

como el peso propio de la estr!ct!ra !tilizado"

7Acciones de nie$e9 .e*%n la norma U4E7E4 038307092882 ' U4E;4, Almera es !na zona +!e se enc!entra a !na altit!d menor de 288

m, por lo +!e la car*a de nie$e ser !na car*a accidental, &AK(, depender de9

AK &K4 m72( F i M Ct M Cn M 8, &3"0(

-onde i es el coe)iciente de )orma &8,H para in$ernaderos m!ltina$es

c!r$as(, CtF0 &al considerar !n in$ernadero sin cale)accin, ' Cn F8,> &*ranjas con setos, pe+!e:asestr!ct!ras a*rarias ocasionales, casas o rboles(" Los coe)icientes de presin

eterior &cpe( para este tipo de in$ernadero con )ijacin en c!mbrera tomarn

$alores distintos &Tabla 3"0( considerando la accin del $iento a 8I &/i*!ra 3"3( o

=8I &/i*!ra 3"("


48/308

1ateriales ' 1todos

2H

Tabla 3"0 7 6alores de la accin del $iento a 8I ' =8I"

D)recc)*$

%e" +)e$to,os)c)*$ $(u"o -/ c0e

,res)*$

-N2/

8I

Primer t%nel

8755 8,3 8,28

557;8 70 78,


49/308

CAPTULO 3

2=

/i*!ra 3"" 6iento =8I"

Las combinaciones de acciones establecidas &o a partir de a+! tambin

denominadas #iptesis( +!edan de)inidas en la Tabla 3"2" Como se p!ede obser$ar en dic#a

Tabla &Tabla 3"2(, las comprobaciones a0 ' a3 son las mismas, por lo +!e no se d!plicarn

#iptesis"

78,03< K4?m2 78,03< K4?m2 78,03< K4?m2

-0,136 kN/m278,03< K4?m2


50/308

1ateriales ' 1todos

38

3.1.1.. Co$%)c)o$es %e co$tor$o# ater)a"es ' 0er4)"es

-ado +!e los prticos centrales se $en a)ectados por las mismas car*as en la

pro)!ndidad del in$ernadero, se prod!cen de)ormaciones, es)!erzos ' reacciones

simtricas"

Los planos +!e contienen los prticos principales ' sec!ndarios tal ' como se

mostraron en la /i*!ra 3"0, )orman !n plano de simetra, de modo +!e al *irar la estr!ct!ra

0H8I alrededor dic#o plano, todas las )!erzas ' momentos aplicados coinciden en md!lo,direccin, sentido ' p!nto de aplicacin"

Tabla 3"2 7 Combinaciones de acciones establecidas se*%n norma U4E7E4 038307092882 ein)orme U4E ;4"

a0

iptesis 0 0,2 A" Permanente 0,2 A" 6iento 8I 0,2 0 A" Prod!ctos

iptesis 2 0 A" Permanente 0,2 A" 6iento 8I 0,2 0 A" Prod!ctos

iptesis 3 0,2 A" Permanente 0,2 A" 6iento =8I 0,2 0 A" Prod!ctos

iptesis 0 A" Permanente 0,2 A" 6iento =8I 0,2 0 A" Prod!ctos

a2iptesis 5 0,2 A" Permanente 0,2 0 A" Prod!ctos

iptesis


51/308

CAPTULO 3

30

Esta simetra est presente tanto en la *eometra como en las propiedades elsticas

' condiciones de contorno de la estr!ct!ra planteada" Todos los n!dos +!e se enc!entran

en los planos tienen impedidos c!al+!ier desplazamiento )!era de l, por lo +!e solamente

p!eden desplazarse #orizontal ' $erticalmente ' *irar dentro del plano" Los n!dos +!e

eisten entre los planos de simetra &como los de correas ' el canaln( se de)inen con todos

s!s *rados de libertad"

En el in$ernadero considerado, el acoplamiento entre los distintos elementos de las

estr!ct!ras &/i*!ra 3"5(, se realizan mediante9

7U$)o$es r!()%as5

Pilares ' arcos &/i*!ra 3"


52/308

1ateriales ' 1todos

32

/i*!ra 3"5" Uniones"

6

G I

7

8

D

E9

C

:A


53/308

CAPTULO 3

33

/i*!ra 3"


54/308

1ateriales ' 1todos

3

/i*!ra 3";" Unin A9 !nin r*ida en pilares ' arcos, ' !nin artic!lada pilar con tirante"

/i*!ra 3"H" Unin B9 !nin artic!lada tirante ' montante"


55/308

CAPTULO 3

35

/i*!ra 3"=" Unin B9 !nin artic!lada tirante ' montante"

/i*!ra 3"08" Unin C e >9 !nin r*ida sin transmisor de torsor entre correa ' arco"


56/308

1ateriales ' 1todos

39 !nin artic!lada montante arco"

/i*!ra 3"02" Unin -9 !nin r*ida sin transmisor de torsor correa con arco"


57/308

CAPTULO 3

3;

/i*!ra 3"03" Unin E9 !nin artic!lada arco ' canaln"

/i*!ra 3"0" Unin E9 !nin artic!lada arco ' canaln"


58/308

1ateriales ' 1todos

3H

/i*!ra 3"05" Unin /9 !nin artic!lada tornap!nta, tirante ' montante"

/i*!ra 3"0


59/308

CAPTULO 3

3=

/i*!ra 3"0;" Unin 9 !nin artic!lada entre arco sin pilar ' canaln"

/i*!ra 3"0H" Unin R9 !nin r*ida sin transmisor de torsor pilar ' correas laterales"


60/308

1ateriales ' 1todos

8

/i*!ra 3"0=" Unin S9 !nin r*ida pilar7cimentacin"

En esta estr!ct!ra el acero empleado es el .2;5 con lmite elstico )'F2;,5 08

K4?m2

" .e !tilizan per)iles laminados ' *al$anizados por inmersin, de tipo redondo,c!adrado ' rectan*!lar, c!'as medidas ' caractersticas tcnicas son obtenidas de catlo*os

comerciales de in$ernaderos

ttp9??DDD"condesa"com?pd)?es?TUBO.2828PEV/>LE.28PAVA28>46EV

4A-EVO28728CA.T2808"pd)( ' pront!arios de este tipo de elementos" Jnicamente

son considerados a+!ellas secciones +!e se*%n el apartado 5"5 del E!rocdi*o 3 E470==37

07092885 se clasi)ican como Clase 0, Clase 2 o Clase 3"

3.1.1.3. ,roce%))e$to %e c&"cu"o %e "a estructura

Establecida la *eometra ' car*a del in$ernadero, se realiza !n anlisis +!e

determine el n%mero de barras +!e deber tener cada elemento estr!ct!ral de manera +!e

recoja de )orma )iable los $alores de los es)!erzos prod!cidos a lo lar*o del elemento"

Posteriormente el est!dio se realiza mediante !n anlisis matricial en tres

dimensiones &3-( a partir de las consideraciones de 1art &2883(, en primer ' se*!ndo

orden"


61/308

CAPTULO 3

0

El clc!lo matricial comienza con !n proceso de discretizacin de la estr!ct!ra

de)inida por los n!dos ' elementos, ' asociados a los n!dos de la misma los *rados de

libertad de la estr!ct!ra" El n%mero de *rados de libertad por n!dos es de seis, ' por tanto

los $ectores de )!erzas &-( *eneralizadas estarn )ormadas por tres )!erzas

&desplazamientos( ' tres momentos &*iros &(("

-ebido a este proceso de discretizacin, es preciso de)inir !n sistema *eneral

&sistema de coordenadas *lobal(, paralelo al de re)erencia +!e permita de)inir, de )orma

%nica para toda la estr!ct!ra los desplazamientos ' )!erzas en los nodos"

Adems como el comportamiento de la estr!ct!ra se $a a obtener a partir de las

relaciones )!erza7desplazamiento de todos los elementos, se crea !n sistema de

coordenadas locales &/i*!ra 3"28( +!e permite de)inir estas relaciones de )orma %nica,

independiente de la orientacin del elemento de la estr!ct!ra"

/i*!ra 3"28" .istemas de coordenadas locales de !na barra"

El desarrollo del proceso para realizar el clc!lo matricial se inicia con la de)inicin

de las combinaciones de acciones +!e $an a inter$enir en l, las caractersticas de los

elementos &rea, inercias ' md!lo de torsin se*%n el per)il de)inido para cada !no de

ellos(, medidas de la *eometra planteada, ' n!meracin ' coordenadas de los n!dos &inicial

&i( ' )inal &j(( de cada !na de las barras +!e )orman la estr!ct!ra"

Para cada barra +!e inte*ran cada !no de los elementos estr!ct!rales, se de)ine !nas!bmatriz de ri*idez del elemento &barra( &Kjii, Kij, K

ijj, Kji( en 3- en el sistema local +!e

N

W

'i

i

zi

z

i


62/308

1ateriales ' 1todos

2

determinar la )!erza necesaria para prod!cir !n desplazamiento !nitario" .e tiene en

c!enta el tipo de !nin de la barra en cada !no de los etremos, p!diendo ser empotrada7

empotrada, empotrada7artic!lada ' artic!lada7empotrada"

A partir de las coordenadas de los p!ntos de cada !na de las barras, se *enera !namatriz de rotacin &VijM(, +!e pasa del sistema *lobal al local en la +!e participan los

cosenos directores de los ejes del sistema local respecto del *lobal"

=

DDnmDnl

DlDm

nml

R

xxxx

xx

xxx

ij

//

0//* &3"2(

donde

lFij

ij

L

XX mF

ij

ij

L

YY nF

ij

ij

L

ZZ -F&l

2m2(0?2 &3"3(

siendo N, ' W las coordenadas de los p!ntos del eje N, ' W *lobal respecti$amente,

inicial &i( ' )inal &j( de la barra" Lijes la lon*it!d de la barra est!diada" Los cosenos directores

del eje en el sistema de coordenadas *lobal son l, m' n"

En los casos en +!e el eje local XY sea paralelo al eje *lobal XzY &correas '

canalones(, se selecciona el eje local X'Y paralelo al eje XY *lobal"

=

001

010

100

*R ji

=

001

010

100

*R ji &3"(

dependiendo de +!e el sentido del eje XY sea el mismo o el contrario +!e el del eje XzY"

P!esto +!e los $ectores en ambos sistemas tienen seis componentes, la matriz de

rotacin deber ser de


63/308

CAPTULO 3

3

VijF

*

*

ijo

oij

RR

RRdonde VoF

000

000

000

&3"5(

.e trans)orma la matriz de ri*idez de cada !na de las barras +!e inte*ran a los

elementos estr!ct!rales del sistema local al *lobal de la estr!ct!ra

SijF VT

ijKijVij &3"


64/308

1ateriales ' 1todos

Tabla 3"37 rados de libertad de la estr!ct!ra en el plano de simetra"

VA-O. -E L>BEVTA--N - -W N W

Plano de simetra Libre Libre 4!lo 4!lo 4!lo Libre

Esta circ!nstancia en el clc!lo matricial se de)ine, eliminando en la matriz de

ri*idez ' para cada n!do de elemento contenido en los planos de simetra las posiciones

-W, N ' " Los $alores de las propiedades de la seccin de los elementos +!e

permanecen en el plano de simetra se red!cen a la mitad" Los $alores de las car*as +!e se

aplican en estos planos simtricos, tambin se red!cen a la mitad"

.e*%n se #a $isto anteriormente, las car*as +!e act%an sobre el in$ernadero sern

p!nt!ales en !n n!do concreto, o distrib!idas sobre las barras de la estr!ct!ra +!e ad+!irir

$alores dependiendo de s!s $alores en la #iptesis considerada"

Las car*as p!nt!ales se a:adirn a la matriz de )!erzas &P( con el $alor considerado,

' el si*no correspondiente dependiendo del sentido +!e si*!e ' la posicin en el eje *lobal

&N, '?o W(" -el mismo modo se act!ar con las car*as !ni)ormemente distrib!idas"

El $alor de las car*as epresado en el sistema de coordenadas *lobales se

trans)ormar a tra$s de la matriz de rotacin al sistema de coordenadas local9

) F Vij/ &3"08(

donde, al estar sit!adas %nicamente en !n plano &N7(9

=

100

00

00

xx

xx

ij ll

ml

R &3"00(

Las )!erzas aplicadas en barras +!e se prod!cen en los *rados de libertad

restrin*idos sern las )!erzas de empotramiento per)ecto &pe(, +!e se calc!larn a partir de

!na matriz de coe)icientes &c( +!e considera la lon*it!d de la barra est!diada ' relaciona las

)!erzas eteriores aplicadas en la barra en el sistema de coordenadas local, con las )!erzas '


65/308

CAPTULO 3

5

momentos de empotramiento per)ecto en el etremo de la misma" En el caso de !na barra

empotrada7empotrada"

=

012

0

02

0

002

2ij

ij

ij

i

L

L

L

c

=

012

0

02

0

002

2ij

ij

ij

j

L

L

L

c peFc ) &3"02(

Posteriormente se trans)orma en !na matriz


66/308

1ateriales ' 1todos

LAV

Ailmimo Cortante ' 1omento /lector z Comprobacin 0

Ailmnimo Cortante ' 1omento /lector z Comprobacin 2

Ail Cortante ' mimo 1omento /lector z Comprobacin 3

Ail Cortante ' 1omento /lector z mimo Comprobacin

T>VA4TE





1O4TA4TE





Primeramente se establece !na clasi)icacin de secciones se*%n la capacidad de

de)ormacin ' desarrollo de la resistencia plstica de los elementos comprimidos en !na

seccin solicitada por !n momento )lector &apartado 5"5" del E!rocdi*o 3 E470==3707092885(" .olo se considerara la clase 0, clase 2 ' clase 3"

En a+!ellos casos en los +!e !n elemento estr!ct!ral est s!jeto a momento )lector

$ariable ' compresin, la clase de la seccin podra $ariar a tra$s del elemento estr!ct!ral,

por lo +!e se simpli)ica la comprobacin, $eri)icndola para la sit!acin ms des)a$orable"

&.im]es da .il$a, .im]es ' er$sio, 2808("

Para per)iles redondos se determinar la clase se*%n la Tabla 3"5"


71/308

CAPTULO 3

50

Tabla 3"57 Clasi)icacin de seccin a partir del lmite deesbeltez &dimetro?espesor( mimo en per)iles redondos acompresin"

-imetro?espesor &t( ^ 58 _2 CLA.E 0-imetro?espesor &t( ^ ;8 _2 CLA.E 2

-imetro?espesor &t( ^ =8 _2 CLA.E 3

Para los per)iles c!adrados o rectan*!lares !tilizados &teniendo en c!enta el lado

ms des)a$orable( se determina se*%n la Tabla 3"


72/308

1ateriales ' 1todos

52

1,

Rdt

Ed

N

N &3"20(

-onde 4Ed

es el ail de traccin procedente del clc!lo matricial ' Nt,Rd la

resistencia de clc!lo a traccin calc!lada mediante la epresin si*!iente9

MoyRdt fAN /, = &3"22(

. Res)ste$c)a %e "a secc)*$ a co0res)*$&apartado


73/308

CAPTULO 3

53

donde 1Edes el momento )lector de clc!lo ' 1c,VdFMo

yfW

para F plstico

en clase 0 ' 2, ' Felstico en clase 3, siendo el md!lo resistente con

respecto del eje X'Y correspondiente a la )ibra de ma'or tensin"

.i 6Ed6pl,Vd?2 se compr!eba +!e la seccin c!mple a )lein ' cortante si se

c!mple la si*!iente epresin &3"2;(9

)1(, Rdc

Ed

M

M 0 donde F

2

,

12

Rdpl

Ed

V

V &3"2;(

;. Res)ste$c)a a 4"e=)*$ ' a=)" &apartado


74/308

1ateriales ' 1todos

5

con 4pl,Vd FMo

fyA

&3"3(

M.ecciones redondas&.im]es da .il$a,.im]es ' er$sio, 2808( &3"35 ' 3"3. Res)ste$c)a 4"e=)*$# a=)" ' corta$te &apartado


75/308

CAPTULO 3

55

M.ecciones rectan*!lares?c!adradas #!ecas &3"2(9

14,',VdF 1pl,',Vdwa

n

5,01

)1(

&3"2(

pero con

14,',Vd1pl,',Vd &3"3(

14,z,VdF 1pl,z,Vdf

a

n

5,01

)1(

&3"(

pero con

14,z,Vd1pl,z,Vd &3"5(

-onde9

aDFA

bt)-(A &3"


76/308

1ateriales ' 1todos

5.. ,roce%))e$to %e c&"cu"o

En este trabajo, el mtodo !tilizado para la optimizacin de los in$ernaderos

m!ltit%nel planteados, se realiza a tra$s de A, ' concretamente A elitistas &Prendes,

2882(, pro*ramados en 1ATLAB"

El procedimiento se inicia !na $ez +!eda descrito el dise:o estr!ct!ral ' de

cimentacin del modelo a optimizar"

Para la optimizacin se emplean por separado los tres modelos de)inidos

anteriormente ' considerando el clc!lo estr!ct!ral est!diado para cada !no de ellos"

Como en la ma'ora de los problemas de optimizacin estr!ct!ral !tilizados enestr!ct!ras de acero &ernandez, /ontn, Perezzan, ' Loscos, 2885 Prendes Bello ' del

Coz, 288


103/308

CAPTULO 3

H3

3.>..1. Var)a>"H &-imensiones '

caractersticas de seccin de per)iles #!ecos &.2;5(( asociando el per)il codi)icado con las

dimensiones ' caractersticas de seccin de cada !no de los elementos, obtenidos &como se

#a indicado anteriormente( de catlo*os comerciales de in$ernaderos ' pront!arios de este

tipo de elementos" La codi)icacin de per)iles +!eda establecida en el aneo > &Tabla >"0, >"2

' >"3(, donde asocia dic#a codi)icacin al per)il !tilizado" En la estr!ct!ra9

kF25


104/308

1ateriales ' 1todos

H

Por tanto9

25< per)" a codi)icar 20 per)" !tilizados F 05 per)" ele*idos al azar" &3"08(

Para la optimizacin de la cimentacin, se considerarn $alores p!nt!ales de alt!ra' dimetro, +!e irn desde los 8,58 m #asta los 2 m con incrementos de 8,85 m &30

$alores(" .e codi)icarn del mismo modo +!e para la estr!ct!ra &Aneo >, Tabla >"(" En la

cimentacin9

kF32F25 &3"08(

Por tanto9

32 $al" a codi)icar 30 $al" considerados F 0 $al" ele*ido al azar" &3"085(

En este est!dio, la poblacin inicial estar )ormada por 0,5 $eces la ristra de $alores

&8,0( +!e codi)ican a !n indi$id!o, ' se ele*irn aleatoriamente" En la estr!ct!ra la

poblacin estar )ormada por A a este, pero menor a 0 *enerar menor peso en la barra o

zapata est!diada" .i el >A es ma'or a la !nidad, el elemento no c!mplira con las

restricciones planteadas ' no sera se*!ro en el modelo est!diado" Con la penalizacin se

pretende asi*nar !n ma'or peso a a+!ellos elementos +!e no c!mplen con las restricciones


105/308

CAPTULO 3

H5

establecidas o en !na proporcin menor, a a+!ellos +!e se enc!entran

sobredimensionados" As, la )!ncin objeti$o a minimizar es9

/&(F j + jj &3"08


106/308

1ateriales ' 1todos

Hndi$id!o &n( Probn

05"


109/308

CAPTULO 3

H=

modi)icando %nicamente la posicin en la lista de los indi$id!os +!e inter$ienen en la

poblacin"

Operador cr!ce9 Este operador permite realizar !na eploracin de la in)ormacin

de la poblacin est!diada ' combinarla para crear mejores indi$id!os"

En los trabajos realizados por Prendes, Bello ' del Coz &2885(, se establece +!e

est!diando distintos tama:os de poblacin, el cr!ce por )enotipo es ms estable )rente a la

$ariacin de la probabilidad de lite ' cr!ce, +!e el desarrollado por !n p!nto o dos p!ntos"

En el cr!ce por XnY p!ntos, .nc#ez &2802(, determina +!e tiene la $entaja de

combinar !n ma'or n%mero de es+!emas ' +!e los se*mentos intercambiados no se

correspondan con los etremos del *enoma si n es par" .i el corte se realiza por )enotiposer posible +!e el al*oritmo combine las caractersticas deseables de los padres ' )orme !n

es+!ema, mientras +!e si se realiza por *enotipo no ser posible la )ormacin de es+!emas

' el al*oritmo no )!ncionar adec!adamente" La principal des$entaja de este operador

consiste en +!e tiende a mantener j!ntos los *enes $ecinos, al i*!al +!e el operador de

cr!ce por !n p!nto"

En el A de la estr!ct!ra del in$ernadero de esta tesis, el cr!zamiento se realizar

mediante recombinacin, por !n Xdoble cr!ce por )enotipoY, entendido )enotipo como el

conj!nto de bits +!e codi)ican !n determinado per)il &$ariables de dise:o( ' el cr!zamiento

consiste en seleccionar dos p!ntos al azar entre )enotipos" La parte anterior al primer p!nto

es copiada del *enoma del padre, entre este p!nto ' el se*!ndo del *enoma de la madre '

#asta el )inal el del padre" Las zonas no ele*idas anteriormente pasarn a )ormar el se*!ndo

#ijo"

En el A de la cimentacin, el cr!zamiento se realiza por Xcr!ce por !n p!nto por

)enotipoY debido a la estr!ct!ra del cromosoma, +!e solo presenta dos )enotipos"

El n%mero de indi$id!os +!e entraran a )ormar parte del cr!zamiento &4 c( $endr

dado por9

4cFPc4t &3"000(

-onde Pc es la probabilidad de cr!zamiento, de)inida como el porcentaje de la

poblacin +!e inter$endrn en el cr!zamiento &el $alor aplicado se disc!tir


110/308

1ateriales ' 1todos

=8

posteriormente( ' 4tel n%mero total de indi$id!os de la poblacin considerada, &el 58 al

padre ' el 58 a la madre("

Operador 1!tacin9 con este proceso se consi*!e +!e no se prod!zca !na prdida

premat!ra de material *entico b!eno" Para ello se alteran bits en las cadenas decromosomas de !nos pocos miembros de la poblacin &/i*!ra 3"32("

/i*!ra 3"32" 1!tacin"

El n%mero de indi$id!os +!e sern m!tados &4m( $endr dado por &3"002(9

4mFPm 4t &3"002(

-onde Pm es la probabilidad de m!tacin, de)inida como el porcentaje de la

poblacin +!e m!tarn ' 4tel n%mero total de indi$id!os de la poblacin"

Tanto estos indi$id!os &4m(, como la posicin del *enoma a m!tar, sern ele*idos

aleatoriamente"

3.>..;. Nue+a 0o( ' por otro los *enerados trasla implementacin del A elitista" En la poblacin inicial, los indi$id!os ms aptos

&elitistas( sern a+!ellos +!e menor $alor de )!ncin objeti$o modi)icada obten*an, ' por

tanto pasarn a )ormar parte de la si*!iente *eneracin &/i*!ra 3"33(, impidiendo +!e se

pierda s! potencial" -e los indi$id!os seleccionados para el cr!zamiento, tras el cr!ce se

obtienen descendientes +!e pasaran a la poblacin )inal" El resto indi$id!os +!e )ormarn

la poblacin )inal con el mismo n%mero de indi$id!os +!e )ormaban la poblacin inicial,

$endrn seleccionados al azar" El conj!nto de indi$id!os de estos %ltimos, se obtendrn de

la di)erencia del n%mero de la poblacin inicial con la s!ma del n%mero de indi$id!os

Gen mutado

Descendiente 1 0 1 1 1 0 0 0

Descendiente mutado 1 0 1 0 1 0 0 0


111/308

CAPTULO 3

=0

elitistas ' los indi$id!os )ormados en la reprod!ccin" &/i*!ra 3"33(" /inalmente, la

poblacin )inal +!edar )ormada con la m!tacin de indi$id!os *enerados del cr!zamiento

'?o los seleccionados al azar"

/i*!ra 3"33" Vepresentacin de los procesos +!e inter$ienen el A elitista implementado '

poblacin )ormada a partir de la poblacin inicial"

Ves!miendo, la poblacin )inal +!edar )ormada por los indi$id!os seleccionados

elitistas de la poblacin inicial, indi$id!os )ormados en la reprod!ccin &con m!tacin o

no( e indi$id!os de la poblacin seleccionados al azar &con m!tacin o no( en el caso de

+!e con los anteriores no se #!biera completado el tama:o de la poblacin"

3.>..>. Ree+a"uac)*$ %e "a 0o


112/308

1ateriales ' 1todos

=2

La optimizacin terminar c!ando la sol!cin con$erja o alcance !n n%mero

mimo de iteracciones"

En el es+!ema de la /i*!ra 3"3 se obser$a el procedimiento se*!ido paso a paso,

iniciado con la optimizacin de la estr!ct!ra para se*!ir con la optimizacin de la

cimentacin"


113/308

=3

CAPTULO 3


114/308

1ateriales ' 1todos

/i*!

=

a 3"3 /ases del A desarrollado"


115/308

CAPTULO 3

=5

3.>.3. AFuste %e "os o0era%ores

En los A, dependiendo del problema a optimizar, se !tilizarn !nos $alores !

otros en cada !no de los operadores, para poder a)inar al mimo el poder del mtodo"

Para determinar los porcentajes de cr!ce, de m!tacin ' de elitismo ms idneos, a aplicaren la optimizacin de los modelos, se realiza !n anlisis de sensibilidad de estos

parmetros, manteniendo como $alor )ijo el tama:o de la poblacin"

3.>.;. ,ro(raa o0t))ac)*$ co$ AG e")t)sta %esarro""a%o

Al i*!al +!e se desarroll !n pro*rama in)ormtico con 1ATLAB +!e mostraba el

precio &( por metro c!adrado de !n in$ernadero m%ltit!nel se*%n !nas condiciones de

emplazamiento, *eometra, car*as ' per)il considerado, en este apartado se desarrolla !npro*rama in)ormtico similar, con la sin*!laridad de +!e se incl!'e el A planteado

anteriormente para la optimizacin de esta estr!ct!ra" &/i*!ra 3"35(

/i*!ra 3"35

.e )ijan como $alores )ijos la alt!ra de pilares, c!mbrera ' anc#!ra &l!z( del modelo"

.e plantean como $ariables a introd!cir, las car*as consideradas en el est!dio, la separacin

entre prticos ' los porcentajes a aplicar en la implementacin del A desarrollado

anteriormente"


116/308

=


117/308

CAPTULO 4.Resultados


118/308


119/308

CAPTULO 4

99

4.1. RESULTADOS MODELO ESTRUCTURAL

En este apartado se contempla por un lado, la validacin del modelo estructural que

determina el nmero de elementos idneos que discretian cada una de las !arras para que

capten los es"ueros producidos en ellas sin que el coste computacional sea e#cesivo $ por

otro se valida el procedimiento utiliado para su c%lculo&

En la investi'acin realiada, para la estructura del invernadero, cada elemento

estructural se dividir% en un nmero concreto de !arras que permitir% dar los resultados de

los es"ueros producidos en el elemento, en cada uno de los puntos de inicio $ "in de las

!arras que lo con"ormen&

La validacin del c%lculo en se'undo orden realiado con (ATLA), se *io

contrastando sus resultados con varios modelos an%lo'os pro'ramados en elementos

"initos con A+-& .nicialmente se realiaron modelos previos contrastados con

soluciones anal/ticas de vi'a0columna, el prtico 1o'uel 2ilvestre $ Camotin, 356 $ dos

naves a dos a'uas continuas unidas& A estas estructuras se les aplicaron tanto car'as

puntuales, como uni"ormemente repartidas, $a que am!as est%n contempladas en los

modelos planteados&

4.1.1. Validacin del modelo

A+-, para la descripcin de los elementos que de"inir%n la estructura, utilia

elementos en dos dimensiones 2376 o 87& Para la validacin de la estructura de

invernadero planteada en cap/tulos anteriores, en este apartado se considera nicamente la

'eometr/a que a!arca los prticos principales, es decir aquella que contempla todos los

elementos estructurales, pilar, arco, montante $ tirante, con las mismas condiciones de

contorno que se *an de"inido para el modelo en 87 mediante un an%lisis en se'undoorden& Este modelo contenido en un plano, se calcula *aciendo dos compro!aciones,

mediante elementos de A+- en 37 $ por otro lado con elementos 87, que ser%n los que

"inalmente intervendr%n en el c%lculo&

Para 37 se utilia el elemento )eam8, con tres 'rados de li!ertad en cada nudo

2desplaamiento en # e $, $ 'iro so!re el ee 6& La 'eometr/a en 87 utilia el elemento

)eam4 que contiene seis 'rados de li!ertad 2desplaamientos $ 'iros en los tres ees de

coordenadas, #, $, 6 $ capta a di"erencia del anterior, la torsin en el elemento& e o!tienenlos mismos resultados&


120/308

:esultados

;

Antes de presentar la validacin de los modelos de"initivos, se estudia el nmero de

elementos con el que se discretia la poli'onal que de"ine cada uno de los elementos a

estudiar 2arco, pilar, montante $ tirante6 del invernadero en A+-&

e esta!lece la comparacin de la estructura planteada en 37 2prticos principales6con 4,


121/308

CAPTULO 4

;;

Ta!la 4&30 1alores m%#imos a!solutos de los momentos "lectores 2+m6 producidos encada elemento de la estructura $ error producido&

+mero de elementos D Error entre elementos

4 < ; 40;


122/308

:esultados

;3

Ta!la 4&80 Comparacin del error producido entre distintos mFtodos de c%lculo, considerando el valora!soluto de cada es"uero de la *iptesis m%s des"avora!le&

3B O:7E+ ;erO:7E+

(ATLA) A+- DError (ATLA) A+- DError

A:CO

(a# A#il + 4,49 4,4< -!2" 4,= 4,=< !2

(a#(omentoGlector

+m ;,; ;,5 4!#" ,94 ,98 -!##

(a#Cortante

+ ,53 ,58 1!4$ ;,8; ;,39 -1!%1

P.LA:

(a# A#il +,=< ,5= !#1 ,=< ,4< -1!"&

(a#(omentoGlector

+m =,=4 =,= -!%4 =,=3 =,=8 !1#

(a#Cortante +

3,5; 3,5; -!% ;,35 ;,35 -!1"

(O+0

TA+TE

(a# A#il +;,35 ;,3 !#% ,=; ,=; !1

(a#(omentoGlector

+m

(a#

Cortante+

T.:A+0

TE

(a# A#il +=,8; =,35 -1!1 =,8= =,8 -!'&

(a#(omentoGlector

+m ,;5 ,; 4!4$ ,83 ,83 -!4"

(a#Cortante

+ ,8 ,5 4!2 ,= ,= !"#

En el conunto de los elementos de la estructura, el m%#imo error se produce en el3B orden 24,


123/308

CAPTULO 4

;8

El montante solo tiene a#il& El error de!ido a este resultado solo aparece en el 3B

orden, tomando un valor casi desprecia!le, del ,


124/308

:esultados

;4

e validar%n de "orma independiente colocando el a#il producido en la estructura $

el peso propio de la apata por un lado, el es"uero cortante por otro $ el momento "lector

por otro, as/ como la interactuacin de las tres reacciones anteriores& Los par%metros del

modelo matricial se !asan en adecuar el modulo de !alasto 25& +Im86 a la 'eometr/a

del modelo, resultando un modulo de !alasto 8


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Gi'ura 4&;& (

:ealiando un a

puntos m%s representati

puntualiaciones& Ta!la

;=

delo planteado con puntos de estudio 2;, 3, 8,

n%lisis de los resultados o!tenidos $ *acien

os se'n la "uera aplicada 2Gi'ura 4&;6, se pl

&=K

CAPTULO 4

4, = $ 56&

do *incapiF en los

ntean las si'uientes


126/308

:esultados

;5

Ta!la 4&=0Estudio tensional $ de de"ormaciones producidas en una apata modelada con elementos quedi"erencian 4, =, 5 $ divisiones en su altura&

CO().+AC& EGUE:O Ptos&ALTU:A D E::O:

4 = 5 40 =0 50

OLO

(O(E+TO

GLECTO:

TE+.O+E

2+Im36

3 8,5E04 8,;9E04 8,35E04 8,8;E04 ,== 8,58 ;,=;

8 8,5E04 8,;9E04 8,35E04 8,8;E04 ,== 8,58 ;,=;

7EGO:(AC&

MO:.O+T&

2m6

3 08,5E08 08,;9E08 08,35E08 08,8;E08 ,== 8,58 ;,=;

8 8,5E08 8,;9E08 8,35E08 8,8;E08 ,== 8,58 ;,=;

7EGO:(AC&

1E:T.CALE

2m6

3 8,


127/308

CAPTULO 4

;

Considerando que acta nicamente el momento "lector en la cimentacin, se

detecta que las tensiones producidas en los puntos antisimFtricos 3 $ 8 son i'uales para un

mismo diseHo& En cuanto a las de"ormaciones *oriontales producidas en esos puntos, el

D de error que se ori'ina con 4 alturas con respecto a es de ,==D, reduciFndose casi el

=D cuando se compara = "rente a 28,58D6& in em!ar'o, comparando 5 con

divisiones, el error solo alcana el ;,=;D& Las de"ormaciones en el ee vertical, producen en

los mismos puntos estudiados 23 $ 86 ma$ores di"erencias de error en los modelos de 4

"rente a divisiones $ de = con respecto a & +o o!stante, en el estudio de 5 "rente a

divisiones, estas di"erencias son li'eramente in"eriores, con valores m%#imos del ;,3; D&

La aplicacin de una "uera a#il nicamente unto al peso propio de la apata,

provoca tensiones del valor de =,< +Im3

en los puntos !ase de la cimentacin, demanera indi"erente a las divisiones *oriontales realiadas en el modelo& Ca!e destacar que

las de"ormaciones ori'inadas por esta "uera en todos los puntos estudiados del diseHo,

alcanan desplaamientos de ,;= m, actuando como se preve/a que lo *ar/a, al tratarse

de un !loque slido r/'ido, "rente a una accin vertical& +o in"lu$en las divisiones realiadas

en la altura&

Al aplicar una "uera *oriontal, las divisiones realiadas en la altura para captar el

comportamiento estructural del modelo toman importancia& Las tensiones pasan de unerror del =,=9D $ ;;&=4 D en los puntos ; $ 4 respectivamente al comparar diseHos de 4 $

divisiones, al 3,4


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:esultados

;*=9 ?6m8* en el modelo 78 9*98 ?6m8 + en el

modelo 7/ @*55 ?6m8" e concl!+e ,!e* sin contar la mano de obra* slo analiando

materiales + antes de optimiar* el m(s econmico es el modelo convencional 71*

red!ciendo el coste de material por metro c!adrado !n 8=B + 18 B con respecto al 78 +

7/ respectivamente"

5"/"5"& Antes de la optimiacin en el an(lisis de los costes por metro c!adrado

incl!+endo la mano de obra el coste ser)a para el modelo 71 11*@/ ?6m8* en el modelo 78

1/*1/ ?6m8+ en el modelo 7/ 11*:= ?6m8" e concl!+e ,!e* por poca cantidad* el m(s

econmico es el modelo 7/* debido al abaratamiento de la mano de obra al a!mentar la

separacin entre prticos !n metro"

5"/":"& El programa in$orm(tico creado permite el c(lc!lo de estr!ct!ras +

cimentaciones de invernaderos* realiando todas las comprobaciones oport!nas a trav2s de

la introd!ccin de variables tales como cargas a aplicar* emplaamiento de la constr!ccin*

dimensiones0 Con 2l se permite la b.s,!eda man!al de los per$iles adec!ados as) como

las dimensiones de las apatas* vis!aliando si c!mplen las comprobaciones o por el

contrario no son aptas* + obteniendo el coste en ?6m8del modelo en el primer caso o

indicando ,!e e-iste alg.n elemento ,!e $alla estr!ct!ralmente en el seg!ndo" #e todo ellola aplicacin permite sacar listados de $orma $(cil"

5"/">"& En el an(lisis del dimensionamiento de los distintos modelos !na ve

optimiado* se observa ,!e en 71OPT* al ig!al ,!e oc!rr)a en 71* en la comprobacin a

seccin es la


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Concl!siones

1:8

En el 7/OPT al ig!al ,!e oc!rr)a en el 7/* en la comprobacin de seccin* destaca

con el )ndice de agotamiento m(s alto la combinacin 1" A nivel de barras* es la ?6m8" Por tanto* se observa* ,!e alincl!ir el coste por metro c!adrado de la mano de obra*


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CAPTULO 6.Futuras Lneas de Investigacin


184/308


185/308

CAPTULO 6

165

6.1. FUTURAS LNEAS DE INVESTIGACIN

Los resultados del presente trabajo han sido plenamente satisfactorios, al

introducir la optimiaci!n del coste "#$m%

& de estructuras ' cimentaciones de in(ernaderostras su c)lculo estructural* +o obstante, se abren nue(as (as de trabajo ' futuras lneas de

in(esti-aci!n, entre las .ue cabe destacar las si-uientes/

0stablecer otras dimensiones de in(ernadero multitnel/ menor altura

cabea pilares, ma'or o menor distancia entre pilares***

Considerar otras -eometras o tipos de in(ernaderos adem)s del

in(ernadero multitnel "tipo capilla,2&*

0studiar in(ernaderos con cubierta r-ida ' no solo fle3ible* Utiliar perfiles

de acero distinto al 4%5 en las estructuras de in(ernadero*

eterminar un Al-oritmo 7en8tico .ue permita un ma'or ajuste de los

ndices de a-otamiento de los distintos elementos estructurales estudiados, ' por

tanto su optimiaci!n*


186/308

166


187/308

CAPTULO 3.Bibliografa


188/308


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tduex 2014 fernandez garcia

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