Publicación: Optimización topológica de viga en concreto de impresión 3D mediante modelación paramétrica en Rhinoceros y Grasshopper, y validación a partir de prototipos impresos en filamento plástico.
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Resumen en español
RESUMEN: Este trabajo de grado presenta el modelado y análisis estructural de una viga optimizada mediante técnicas de diseño computacional. La investigación se enmarca en la necesidad de explorar soluciones estructurales innovadoras, sostenibles y eficientes para reducir el uso de material sin comprometer el desempeño estructural de una viga de concreto convencional. El proceso inicia con la definición de un escenario típico de carga y uso para un puente peatonal, de acuerdo con los lineamientos de la NSR-10. A partir de ello, se desarrolla un modelado paramétrico y se aplica una optimización topológica utilizando herramientas como Grasshopper y el plugin Topos. Utilizando el plugin Karamba3D, se comparan una viga optimizada y una viga convencional (maciza), ambas modeladas a la misma escala y sometidas a idénticas condiciones de carga. El análisis, basado en el método de elementos finitos (FEM), considera factores como la rigidez del material, las cargas aplicadas y los apoyos estructurales. Evalúan tanto la forma optimizada como una viga convencional (maciza) con la misma escala y condiciones de carga. La validación del diseño se realiza mediante la impresión 3D de ambas vigas en material PLA escaladas, con ensayos de flexión para comparar el desempeño estructural. Se busca demostrar la eficacia de la optimización topológica como estrategia para mostrar una reducción significativa de volumen y peso, manteniendo un comportamiento estructural comparable al de una viga maciza, lo que evidenciaría el potencial de esta metodología para aplicaciones reales en infraestructura liviana y sostenible.
Resumen en inglés
ABSTRACT: This undergraduate thesis presents the modeling and structural analysis of an optimized beam using computational design techniques. The research addresses the need to explore innovative, sustainable, and efficient structural solutions aimed at reducing material usage without compromising the structural performance of a conventional concrete beam. The process begins with the definition of a typical loading and usage scenario for a pedestrian bridge, following the guidelines of the NSR-10 standard. Based on this, a parametric model is developed, and topological optimization is applied using tools such as Grasshopper and the Topos plugin. Both the optimized geometry and a conventional (solid) beam of the same scale and loading conditions are evaluated using Karamba3D, a plugin that performs finite element analysis (FEM), considering loads, supports, and material stiffness. Design validation is carried out through the scaled 3D printing of both beams in PLA material, followed by flexural tests to compare their structural performance. The aim is to demonstrate the effectiveness of topological optimization as a strategy to achieve significant reductions in volume and weight, while maintaining structural behavior comparable to that of a solid beam highlighting the potential of this methodology for real-world applications in lightweight and sustainable infrastructure.