Multi-objective optimization of hollow clay bricks for reinforced masonry walls under complex constraints
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Date
2023
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Abstract
La industria de la construcción juega un papel vital en el calentamiento global, representando una parte significativa del consumo de energía y materias primas, emisiones de CO2 y generación de residuos en todo el mundo. Los edificios residenciales consumen el 22% de la energía total utilizada a nivel global, principalmente debido a los requisitos de calefacción. Por lo tanto, el diseño de edificios eficientes térmicamente es crucial para reducir el consumo de energía. Un aspecto clave del diseño energéticamente eficiente es el uso de envolventes con baja transmitancia térmica. En Chile, los muros de albañilería son ampliamente utilizados en el sector de la construcción, sin embargo, la albañilería tradicional ha perdido dominio en el mercado en los últimos años debido a su alta transmitancia térmica, menor productividad, mayores costos de construcción y dificultad para cumplir con las nuevas regulaciones térmicas. Por lo tanto, es necesario mejorar el rendimiento térmico de los sistemas muros de albañilería. El objetivo general de esta investigación es proponer una metodología de optimización para desarrollar soluciones óptimas de ladrillos de arcilla perforados para muros de albañilería armada, considerando el peso de los ladrillos, el rendimiento térmico, el comportamiento mecánico y las complejas restricciones originadas por el proceso de fabricación y los estándares chilenos. Para lograr este objetivo, se propone una metodología de optimización y un modelo de simulación térmica para el ladrillo. Se utiliza el algoritmo NSGA-II para la optimización multiobjetivo, considerando restricciones complejas de la fabricación de los ladrillos, la geometría del ladrillo y las propiedades mecánicas. La resistencia térmica de los ladrillos se obtiene a través de un modelo 3D de transferencia de calor utilizando el método de elementos finitos, considerando conducción, convección y radiación. La solución que muestra el mejor rendimiento tiene un peso de ladrillo un 7.1% menor que el mejor ladrillo comercial en Chile y una transmitancia térmica del muro un 32.8% menor que el muro de albañilería tradicional. La metodología presentada ofrece un enfoque viable para reducir la transmitancia térmica de muros de albañilería armada, considerando restricciones complejas de normativas y de fabricación.
Description
Tesis (Master of Science in Engineering)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2023