Otimização estrutural e geotécnica de um muro de contenção com o uso do Search Group Algorithm

Abstract

O muro de contenção é um sistema construtivo comumentemente utilizado em situações com instabilidade geotécnica. Aplicou-se, neste trabalho, o algoritmo de otimização meta-heurístico \textit{Search Group Algorithm} (SGA) para obtenção das funções objetivo independentes de peso e de custo em dois exemplos de muros de contenção cantilever. Foram consideradas as estabilidades geotécnicas de tombamento, deslizamento e capacidade de suporte da fundação, e os requisitos estruturais de esforços flexurais e cortantes em quatro seções críticas do muro para a formulação matemática do problema. As variáveis de projeto geométricas foram tomadas como contínuas e as variáveis de projeto estruturais como discretas. Não foi feita análise de função multiobjetivo neste problema, portanto foram avaliadas as funções de peso e custo separadamente. O objetivo do presente trabalho é avaliar a eficiência do SGA através dos valores minimizados de peso e custo em duas situações diferentes, as duas servem para comparar os resultados obtidos pelo SGA aos obtidos por Camp e Akin com o \textit{Big Bang-Big Crunch Algorithm} (BB-BC) e a segunda para ponderar o efeito da adição de uma chave de resistência translacional na base do muro. Nos dois exemplos é feita a análise de sensibilidade por variação paramétrica de sobrecarga, ângulo de inclinação do talude e ângulo de atrito interno do solo de aterro, e no primeiro exemplo é analisada a convergência do algoritmo proposto. Cada resultado foi obtido por 100 execuções do algoritmo e elencados em melhor função objetivo, média e desvio padrão.

A retaining wall is a constructive system commonly used in situations where geotechnical instability occurs. A metaheuristic optimization algorithm, the Search Group Algorithm (SGA), was used to obtain the cost and weight objective functions from two examples of cantilever retaining walls. Geotechnical stability and structural requirements were considered in the mathematical formulation of the problem, wich are comprised by the overturning moments criteria, sliding resistance, soil bearing capacity and flexural and shear requirements in four critical sections. The geometric design variables were taken as continuous and the structural design variables were taken as discrete. The objective functions of cost and weight are independent, therefore multiobjective functions were not used. The objective of this work is to evaluate the efficiency of the SGA through the minimized values of weight and cost in two different situations, both of them aims to compare the results obtained by the use of the SGA to those obtained by Camp and Akin with the Big Bang-Big Crunch Algorithm (BB-BC) and the second to evaluate the effect of a base shear key. In both examples a sensitivity analysis is made with varying surcharge loads, backfill slope and internal friction angle of the retained soil and in the first example a convergence analysis of the proposed algorithm is made. Each result is obtained by 100 executions of the algorithm and listed as best objective funtion, mean value and standard deviation.