PLASTICO

Una solución no simétrica aplicando un algoritmo genético con
cruzamiento natural para la optimización estructural de armaduras
A Non-Symmetrical Solution Applying a Genetic Algorithm with Natural
Crossover for the Structural Optimization of Truss Structures
Información del artículo: recibido: agosto de 2009, reevaluado: abril y noviembre de 2010, aceptado: julio de 2011
Gutiérrez-AstudilloN.C.
Facultad de Ingeniería
División de Estudios de Posgrado
Universidad Autónoma de Querétaro
Correo: nayarc@gmail.com
Peniche-Vera R.R.
Facultad de Ingeniería
División de Estudios de Posgrado
Universidad Autónoma de Querétaro
Correo: peniche@uaq.mx
Herrera-Ruiz G.
Facultad de Ingeniería
División de Estudios de Posgrado
Universidad Autónoma de Querétaro
Correo: gherrera@uaq.mxAlvarado-Cárdenas R.
Facultad de Ingeniería
División de Estudios de Posgrado
Universidad Autónoma de Querétaro
Correo: ralvarad@itesm.mx
Carrión-Viramontes F.J.
Instituto Mexicano del Transporte
Querétaro, Qro.
Correo: carrion@imt.mx
Resumen
En este trabajo se propone un algoritmo genético con “cruzamiento natural”
y se aplica sobre una representación continua-discreta con el fin deoptimizar
armaduras. El objetivo es disminuir el peso restringiendo los desplazamientos
de los nodos y limitando los tipos de perfiles estructurales a usar.
Las soluciones se combinan con dos tipos de cruzamientos en la misma representación,
que permiten explorar de una manera efectiva el espacio de
búsqueda. Los resultados se validan comparando los encontrados en este
trabajo contra los de laliteratura, para el caso del diseño de la armadura de
un puente de 70 m de claro. Se obtienen soluciones más ligeras y con diferente
topología. Adicionalmente se propone un caso de estudio, el diseño de la
techumbre de un invernadero, que después se construye a escala real y se
somete a cargas para verificar su resistencia.
Descriptores
• asimetría
• armadura de gran claro
• invernaderoUna solución no simétrica aplicando un algoritmo genético con cruzamiento natural para la optimización estructural de armaduras
326 Ingeniería Investigación y Tecnología. Vol. XIII (número 3), julio septiembre 2012: 325-338, ISSN 1405-7743 FI-UNAM
Introducción
Los algoritmos genéticos (AG) son herramientas computacionales
que se aplican frecuentemente para optimizar
un diseño mediante unasecuencia automatizada
de pasos. Los AG emulan el proceso de selección natural
que ocurre en la evolución de una especie para encontrar
soluciones óptimas usando un proceso similar.
Durante el proceso de optimización (dadas las condiciones
ambientales, restricciones propias del problema
y la formulación del modelo) no es indispensable la
participación ni la experiencia de un especialistapara
obtener una solución funcional. Sin embargo, en el caso
de una solución óptima en un contexto de ingeniería la
experiencia es esencial para definir las principales operaciones
usadas en un AG, en este caso: cruzamiento,
mutación y reproducción (Lyu y Saitou, 2003). Aquí se
propone un operador genético que resuelve un problema
complejo de manera efectiva y que genera soluciones
quellegan a ser prácticas.
El algoritmo planteado se utiliza para disminuir el
peso de armaduras con diferentes condiciones de carga.
La optimización consiste en minimizar la cantidad de
material empleado sin afectar la seguridad estructural
representada por los criterios de diseño derivados de reglamentos
estructurales. Estos algoritmos requieren pocos
parámetros iniciales, permiten el uso devariables
continuas y discretas, son robustos y permiten la emergencia
de soluciones que replantean nuevos paradigmas.
En este caso, “emergencia” se define como un atributo
construido a partir de un concepto desconocido, cuya introducción
pudiera simplificar y mejorar la efectividad o
calidad de un proceso de diseño (Kicinger et al., 2005).
Goldberg en 1989, escribe sobre la importancia del...