ABSTRACT
ABSTRACT This paper introduces a methodology for the optimal design of passive Tuned Mass Dampers (TMDs) to control the dynamic response of buildings subjected to earthquake loads. The selection process of the optimal design parameters is carried out through a metaheuristic approach based on differential evolution (DE) which is a fast, efficient, and precise technique that does not require high computational efforts. The algorithm is aimed to reduce the maximum horizontal peak displacement of the structure and the root mean square (RMS) response of displacements as well. Furthermore, four more objective functions derived from multiple weighted linear combinations of the two previously mentioned parameters are also studied to obtain the most efficient TMD design configuration. A parallel process based on an exhaustive search (ES) with precision to 2 decimal positions is used to validate the optimization methodology based on DE. The proposed methodology is then applied to a 32-story case-study derived from an actual building structure and subjected to different ground acceleration registers. The best dynamic performance of the building is observed when the greatest weight is given to the RMS response of displacement in the optimization process. Finally the numerical results reveal that the proposed methodology based on DE is effective in finding the optimal TMD design configuration by reducing the maximum floor displacement up to 4% and RMS values of displacement of up to 52% in the case-study building.
RESUMEN Este artículo presenta una metodología para el diseño óptimo de Amortiguadores de Masa Sintonizada (AMS) para el control de la respuesta dinámica de edificios sometidos a cargas sísmicas. El proceso de selección de los parámetros óptimos de diseño se realiza mediante un enfoque metaheurístico basado en Evolución Diferencial (ED) la cual es una técnica rápida, eficiente y precisa que no requiere grandes esfuerzos computacionales. El algoritmo tiene como objetivo reducir el desplazamiento de pico horizontal máximo de la estructura y también la media cuadrática (Valor eficaz) de desplazamientos. Adicionalmente, se estudian otras cuatro funciones objetivo derivadas de múltiples combinaciones lineales ponderadas de los dos parámetros mencionados anteriormente para obtener la configuración de diseño del AMS más eficiente. De forma paralela, se utiliza un proceso basado en una búsqueda exhaustiva (ES) con precisión a 2 posiciones decimales para validar la metodología de optimización basada en DE. Posteriormente, la metodología propuesta se aplica a un caso de estudio derivado de un edificio real de 32 pisos sometido a diferentes registros sísmicos de aceleración del suelo. Se observa un mejor comportamiento dinámico del edificio cuando se le da el mayor peso a la respuesta RMS de desplazamiento en el proceso de optimización. Finalmente, los resultados numéricos revelan que la metodología propuesta basada en DE es efectiva para encontrar la configuración óptima de diseño de TMD al reducir el desplazamiento máximo del piso hasta en un 43% y los valores RMS de desplazamiento de hasta el 52% en el caso de estudio.
RESUMO Este artigo apresenta uma metodologia para a otimização de amortecedores de massa sintonizados (TMD) para o controle da resposta dinâmica de edifícios sujeitos a cargas sísmicas. O processo de seleção dos parâmetros ótimos é realizado mediante uma abordagem metaheunstica baseada na Evolução Diferencial (DE) que é uma técnica rápida, eficiente e precisa que não requer de grandes esforços computacionais. O algoritmo visa reduzir o deslocamento máximo do pico horizontal da estrutura e também os deslocamentos da raiz quadrada média (RMS). Além disso, quatro outras funções objetivo derivadas de distintas combinações lineares ponderadas dos dois parâmetros de resposta já mencionados, são estudadas para obter a configuração de TMD mais eficiente. Em paralelo, um processo de busca exaustiva (ES) com precisão de 2 casas decimais é usado para validar a metodologia de otimização baseada na DE. Posteriormente, a metodologia proposta é aplicada a um caso de estudo derivado de um edifício real de 32 andares sujeito a diferentes registros de aceleração sísmica do solo. É observado um melhor comportamento dinâmico do edifício quando é dada uma maior ponderação no processo de otimização à resposta de deslocamento RMS. Finalmente, os resultados numéricos revelam que a metodologia proposta fundamentada na DE é eficaz para encontrar os parâmetros ótimos do TMD, reduzindo o pico de deslocamento máximo em até 43% e os valores de deslocamento RMS em até 52% no caso estudado.
ABSTRACT
RESUMEN Obtener la envolvente de ruptura de suelos no saturados requiere de equipos especializados, de elevado costo y difícil acceso. Sin embargo, a través de ensayos de laboratorio simples combinados como corte directo, tracción indirecta y succión, es posible determinar la envolvente. La presente investigación busca, por tanto, validar dicha metodología, en un material limo de origen residual de la ciudad de Medellín-Antioquia, Colombia, compactado a la máxima densidad a través del ensayo Proctor normal. La validación se efectúa por medio de la repetitividad de una serie de ensayos de corte directo para diferentes valores de succión; comprobando que, es posible encontrar la envolvente de ruptura al corte de un suelo fino residual compactado, para distintas condiciones de succión, por medio de los ensayos de laboratorio de corte directo en condición consolidada y drenada, succión por el método del papel filtro y tracción indirecta, cuando no se cuenta con equipos de corte con succión controlada.
ABSTRACT Obtaining the failure envelope of unsaturated soils requires specialized equipment, which is expensive and difficult to access. Nevertheless, by combining simple laboratory tests like direct shear test on saturated samples, indirect tension test, and soil suction measurements by filter paper it is also possible to determine the envelope. This research aims to validate this latter methodology on a residual origin silt material from the city of Medellin, Colombia, which is compacted to the maximum dry density through the standard proctor test. The validation is carried out by repeating a series of direct shear tests for different suction values. It was verified that it is possible to find the shear failure envelope of a compacted fine-grained residual soil for different suction conditions, using the direct shear test under consolidated drained conditions, suction by the filter paper method, and the indirect tension test, when no suction controlled shear equipment is available.
RESUMO A obtenção da envoltória de ruptura de solos não saturados com controle de sucção requer equipamentos especiais, que são caros e de difícil acesso. No entanto, através de ensaios simples laboratoriais combinados, tais como os de cisalhamento direto, tração indireta e sucção, é possível determinar a envoltória de resistência. A presente investigação procura validar esta metodologia, usando um material siltoso de origem residual da cidade de Medellin-Antioquia, Colômbia, compactado na condição de densidade máxima obtida no ensaio de compactação Proctor normal. A validação é feita por meio da realização de uma série de ensaios de cisalhamento direto para diferentes valores de sucção; mostrando que é possível encontrar a envoltória de ruptura de um solo fino residual compactado, para diferentes condições de sucção, por meio de ensaios laboratoriais de cisalhamento direto consolidados drenados, sucção determinada pelo método do papel de filtro e ensaio de tração indireta, quando não se dispõe de equipamento de cisalhamento direto à sucção controlada.
ABSTRACT
As bactérias, consideradas como o grupo de microrganismos de maior abundância e diversidade que habitam os solos, são vitais no processo de bioprecipitação, no qual, estes microrganismos formam precipitados minerais cristalinos ou amorfos, como resultado de suas atividades metabólicas sob certas condições ambientais. Nesta pesquisa foram aplicados os conhecimentos sobre bactérias, para dar solução a alguns problemas da engenharia, estudando a capacidade das bactérias nativas existentes num solo tropical de precipitar minerais de carbonato de cálcio, a partir da adição do meio nutriente. Este nutriente se mostrou ótimo para induzir a bioprecipitação gerando fibras e cristais de carbonato de cálcio, que mudam as propriedades do solo, causando uma maior estabilidade estrutural dos grãos, um melhor desempenho dos agregados e uma menor deformabilidade da massa de solo.
Bacteria, considered as the group of soil microorganisms with the greatest abundance and diversity, are vital for bioprecipitation processes, where these microorganisms form crystalline or amorphous mineral precipitates as result of their metabolic activity under certain environmental conditions. In this investigation, knowledge about bacteria was applied for solving some engineering problems, studying the capacity of native bacteria found in tropical soil for precipitating calcium carbonate after the addition of a nutrient medium. This medium was optimal for inducing bioprecipitation, generating calcium carbonate fibers and crystals which modify soil characteristics, producing a greater structural stability of the grains, better performance of the aggregates, and less deformation of the ground mass.
Las bacterias, consideradas como el grupo de microrganismos de mayor abundancia y diversidad que habitan los suelos, son vitales en el proceso de bioprecipitación, en el cual estos microrganismos forman precipitados minerales cristalinos o amorfos, como resultado de sus actividades metabólicas sobre ciertas condiciones ambientales. En esta investigación, se aplicaron los conocimientos sobre bacterias para dar solución a algunos problemas de ingeniería, estudiando la capacidad de las bacterias nativas existentes en un suelo tropical de precipitar minerales de carbonato de calcio, a partir de la adición de un medio nutriente. Este nutriente resultó óptimo para inducir la bioprecipitación, generando fibras y cristales de carbonato de calcio, que varían las propiedades del suelo causando una mayor estabilidad estructural de los granos, un mejor desempeño de los agregados y una menor deformación en la masa de suelo.