Optimización del peso de techos planos con formas naturales (biomimesis)

Abstract

Los techos planos cumplen la función de cubrir y resguardar un espacio frente a todo aquello que se suscite en el exterior. Así mismo, componen un elemento visual dentro y fuera del espacio que cubre, constituyéndose así como un elemento esencial que en su proceso de diseño requiere la integración de disciplinas como la arquitectura y la ingeniería estructural. En esta investigación se propone una metodología para la optimización de techos planos con formas naturales. Se implementan cuatro formas naturales como topología interna de los techos y se configura un algoritmo heurístico UPSO (Unified Particle Swarm Optimization) en Python como herramienta para la optimización. La función objetivo del problema tiene el propósito de minimizar el peso de la estructura. Las variables son las secciones de cada uno de los elementos que conforman los techos, que para este caso, corresponden a Perfiles Tubulares Estructurales (PTE) Circulares. El problema presenta restricciones funcionales y geométricas. Las primeras tienen la finalidad de encaminar el resultado a una solución donde la resistencia en los elementos soporte las solicitaciones, mientras que las segundas, restringen el valor que toman las secciones (Diámetro exterior y espesor) a un rango especificado por el usuario. Las topologías presentadas se evalúan bajo condiciones de carga muerta, viva y granizo. El proceso de optimización se realiza también para topologías cuadriculadas con el fin de evaluar el desempeño tanto funcional como estético de las formas naturales. Finalmente se determina la eficiencia de la metodología por la calidad de la solución obtenida, el tiempo computacional y la robustez. Como resultado, la metodología propuesta logró reducir el peso de techos planos con formas naturales entre un 36% y 39% de su peso inicial.