Desarrollo de una herramienta informática para el análisis, diseño y optimización estructural empleando modelado paramétrico y algoritmo genético en edificios de pórticos de concreto armado

Abstract

Frente a la explosión de la inteligencia artificial y el rápido crecimiento de la velocidad de los procesadores de las computadoras y el abaratamiento de sus componentes, en los últimos años, se ha dado un gran impulso a una rama de la ingeniería conocida como optimización estructural, donde los problemas de diseño se formulan en base a una función objetivo, variables de decisión, parámetros y restricciones. La tendencia actual es utilizar métodos numéricos de búsqueda directa para abordar problemas difíciles del mundo real; esto elimina la necesidad de obtener la derivada de la función que se está optimizando y acelera el proceso de diseño, al mismo tiempo que reduce el costo y los materiales. En este trabajo se desarrolló una aplicativo de escritorio denominado SADAI que modela, analiza, diseña y realiza una optimización económica de pórticos planos y tridimensional de concreto armado. La herramienta emplea como motor de análisis estructural a OpenSees. El software aplica un tipo de metaheurística bio-inspirada correspondiente al grupo de algoritmos evolutivos, específicamente se implementa una versión mejorada y robusta de un algoritmo genético. Para la creación de la interfaz gráfica de usuario se usa el framework de Qt. El estudio contempló la optimización de secciones que permita minimizar el costo directo de la estructura, se presenta dos ejemplos numéricos con geometría constante y como variables de decisión la sección transversal y armadura de refuerzo por flexión y cortante para las vigas y columnas. El diseño de los elementos estructurales se realizó conforme a las restricciones y requerimientos de la norma E.020, E.030 y E.060 del reglamento nacional de edificaciones para cargas de gravedad, viento y sísmicas. Por último, se muestra una comparación de los resultados de los pórticos 2D y 3D, que presentan soluciones más rentables con ahorros de 18.50% y el 8.95% a nivel del casco estructural en comparación con los diseños convencionales