Optimización de elementos sometidos a flexión y cortante bajo la analogía puntal tensor usando algoritmos genéticos

Abstract

El modelo puntal-tensor es un método racional para el diseño de discontinuidades geométricas y/o de carga, basado en el teorema del menor límite de la plasticidad, que consiste en la idealización de los campos de esfuerzos internos mediante un reticulado hipotético para de esta manera representar los campos a compresión con puntales y los campos a tracción con tensores, los cuales se encuentran conectados por nodos. Lamentablemente la ejecución de este método crea una cierta sensación de deficiencia en los diseñadores, ya que, esperando un resultado directo, descubren un gran rango de posibilidades que no conducen a una solución única. Recientemente la optimización estructural ha hecho uso de los métodos evolutivos debido a que permiten abordar problemas complejos, es decir con múltiples variables, escenarios, objetivos y criterios para determinar soluciones óptimas. Un ejemplo de estos métodos son los algoritmos genéticos, los cuales son procesos estocásticos que generan una población inicial de individuos para después aplicar principios de selección natural basado en la supervivencia del más apto y así mejorar los diseños en base a restricciones dadas. Esta investigación expone las ventajas que representa emplear este tipo de algoritmos en el diseño de elementos de concreto reforzado usando a analogía puntal tensor. Además se indican distintos puntos tanto para el proceso de la elección del modelo, como para el desarrollo del mismo que generan la obtención de mejores resultados. Palabras Clave: Puntal tensor, optimización estructural, diseño de concreto reforzado, algoritmos genéticos.

The strut-tensor model is a rational method for the design of geometric discontinuities and / or load, based on the theorem of the lower limit of plasticity, which consists of the idealization of the internal stress fields by means of a hypothetical frame for this way to represent the compression fields with struts and tensile fields with tensors, which are connected by nodes. Unfortunately the execution of this method creates a certain feeling of deficiency in the designers, since, waiting for a direct result, they discover a big range of possibilities that do not lead to a single solution. Recently, structural optimization has made use of evolutionary methods because they allow complex problems to be addressed, that is, with multiple variables, scenarios, objectives and criteria to determine optimal solutions. An example of these methods are genetic algorithms, which are stochastic processes that generate an initial population of individuals and then apply principles of natural selection based on the survival of the fittest and thus improve designs based on given constraints. This research exposes the advantages of using this type of algorithms in the design of reinforced concrete elements using a tensor strut analogy. In addition, different points are indicated both for the process of choosing the model and for its development, which generate the best results. Key words: Strut and Tie, structural optimization, concrete reinforcement design, genetic algorithms.