Desarrollo de la automatización de proyectos de puentes mediante diseño paramétrico y generativo

Abstract

El presente trabajo consiste en desarrollar herramientas de trabajo para automatizar proyectos de puentes con vigas longitudinales en su etapa de diseño, cálculo y revisión. Para esto se realizan tres códigos de programación en el lenguaje Grasshopper de Rhino basados en la metodología paramétrica y generativa que modelan completamente un puente. Además de esto, los códigos se pueden exportar al programa de elementos finitos RFem, en el cual se puede realizar el análisis y cálculo completo de la estructura. El primer código de Grasshopper, que modela un estribo paramétrico, importa información desde una planilla de Excel que contiene medidas de geometría, materiales, apoyos, empujes y cargas, las cuales el código utiliza para dibujar el estribo completo. Luego, usando componentes de Grasshopper, el usuario puede exportar el modelo a RFem. El segundo código de Grasshopper es similar al primer código, pero dibujando la superestructura y las cepas paramétricas de un puente. Al igual que el código de estribo, se importa toda la información desde una planilla Excel y el usuario puede exportar todo el modelo a RFem. El tercer código utiliza el componente Galápagos de Grasshopper, el cual optimiza vigas pretensadas para puentes simplemente apoyados mediante el diseño generativo. Este código opera de manera individual, ya que no exporta la viga a RFem, pero también puede ser utilizado en conjunto con los códigos paramétricos del puente calibrando la viga que utiliza la estructura. Además de estos tres códigos, se validan resultados de RFem usando SAP2000, ya que el programa RFem no es muy utilizado en Chile. Entre los dos programas se comparan las fuerzas axiales, momentos en pilotes, diagramas de interacción, reacciones en apoyos y deformaciones obtenidas desde un modelo de estribo y desde un modelo general (superestructura y cepas). Los códigos paramétricos se desarrollaron de manera exitosa ahorrando al ingeniero cerca de un 80% del tiempo total de modelado por cada puente en estudio. El código generativo de vigas pretensadas también tuvo un exitoso desarrollo permitiendo que el ingeniero ahorre un buen porcentaje de material constructivo al optimizar una viga. Junto con esto, los resultados de cálculo comparados en RFem y SAP2000 arrojan buenos resultados (bajo porcentaje de diferencia) en combinaciones sísmicas y diagramas de interacción en pilotes. Sin embargo, existen altos porcentajes de diferencia en reacciones de placas de apoyo que se puede deber a algún problema de compatibilidad en el elemento de rigidez definible entre RFem y SAP. Debido a esto la validación debería estudiarse más a fondo para comprender la razón real de estas diferencias. El objetivo principal se cumple, exponiendo y explicando una metodología moderna, con sus ventajas y desventajas, no muy utilizada actualmente en Chile, pero se espera que con el tiempo sea utilizada por un mayor número de ingenieros interesados en la automatización e innovación.