Optimización de la topología para un diseño más eficiente
Durante los últimos diez años ha aumentado el interés de la comunidad arquitectónica por la optimización de la topología como forma de obtener formas estructurales estéticas y eficientes por ordenador. Poniendo en contacto arquitectos e ingenieros estructurales en la etapa de diseño conceptual, la optimización de la topología genera una serie de oportunidades para lograr un diseño más eficiente. Por una parte, la aportación del arquitecto se inspira en formas estructurales óptimas que, a menudo, se parecen a estructuras propias de la naturaleza. Por otra parte, el ingeniero puede restringir el diseño para utilizar los recursos de forma óptima y para ser físicamente viable. Teniendo en cuenta los avances tecnológicos recientes, es posible prever un proceso de diseño estrictamente digital, empezando por la determinación de la forma estructural óptima mediante métodos computacionales y terminando por la fabricación robótica. Sin embargo, para que esta visión se convierta en realidad, se necesita profundizar en el desarrollo de los procedimientos de optimización de la topología con el fin de tener en cuenta modelos mecánicos realistas, incluida la respuesta inelástica de los materiales y efectos de orden tan elevado como el enrollamiento. Esta fue la misión del proyecto TOP-CIVIL, financiado por la Unión Europea. «Para que esta herramienta de cálculo sea atractiva para los arquitectos en ejercicio, debe poder ofrecer resultados precisos en poco tiempo, preferentemente con una interfaz interactiva, una aplicación con la que los arquitectos puedan "jugar"», dice el coordinador del proyecto TOP-CIVIL, Oded Amir. «Por este motivo, el principal desafío con el que nos enfrentamos fue conseguir capacidades interactivas y, a la vez, tener en cuenta modelos mecánicos muy complejos». Un proceso en cuatro pasos Los investigadores de TOP-CIVIL trabajaron para desarrollar una optimización de la topología que sirviese como herramienta de diseño digital para ingenieros estructurales y arquitectos. La investigación consistió en cuatro bloques principales, los dos primeros centrados en aumentar la eficiencia de los procedimientos de optimización de la topología en 3D que se pudiesen implementar en software de CAD y ejecutar en un PC estándar. «En primer lugar, integramos el acondicionamiento previo multimalla en un solucionador iterativo PCG, o MGCG, para resolver las ecuaciones de estado en problemas de optimización de topología en 3D», explica Amir. En una segunda fase, los investigadores redujeron todavía más el tiempo de computación cambiando de una formulación de cumplimiento mínimo a una formulación de volumen mínimo y aprovechando las ventajas del acondicionamiento previo rígido en un procedimiento basado en el reanálisis. Juntas, estas dos fases dieron lugar al desarrollo de procedimientos de optimización de la topología 3D capaces de resolver problemas con cientos de miles de elementos finitos en cuestión de minutos utilizando un solo procesador», explica Amir. «Esto allanó el camino hacia implementaciones eficientes en complementos para software de CAD, que es el objetivo general del proyecto». Los últimos dos segmentos del proyecto se centraron en la incorporación de modelos mecánicos realistas. «Durante la tercera parte del proyecto, se formuló un enfoque eficaz para optimizar la topología de estructuras esqueléticas (amarres y marcos), que tiene en cuenta lo referente al enrollamiento», explica Amir. «Durante la cuarta parte del proyecto nos centramos en la optimización del hormigón reforzado y pretensado». Un conjunto de procedimientos de computación Según Amir, los resultados obtenidos durante el proyecto TOP-CIVIL proporcionan a los arquitectos y los ingenieros un conjunto valioso de procedimientos de computación. «Con la adopción de enfoques basados en la optimización, las personas relacionadas con esta cuestión pueden alcanzar reducciones en el consumo de materiales en el sector de la construcción y mejorar la colaboración entre arquitectos e ingenieros en las primeras etapas del diseño», concluye.
Palabras clave
TOP-CIVIL, CAD, arquitectura, ingeniería estructural
