Optimización topológica para la fabricación aditiva de un elemento de seguridad vial - Castillo Valdivia, Alejandro David (2025)
La tesis tiene como objetivo integrar las técnicas de optimización topológica y fabricación aditiva en el rediseño de una barrera de seguridad vial de perfil New Jersey. Adoptando la optimización topológica como método de diseño, se obtiene una geometría compleja que gracias a las capacidades avanzadas de la fabricación aditiva, puede llegar a materializarse de manera eficiente. A fin de cumplir este propósito, se llevó a cabo una revisión bibliográfica que caracterizó el elemento a optimizar así como las tecnologías involucradas. La metodología parte de la modelación simplificada del ensayo de impacto de la barrera como una fuerza aplicada en una de sus caras laterales. El diseño, el análisis con elementos finitos y la validación de los resultados se desarrollaron en el ecosistema de software de ANSYS, donde se llevó a cabo el proceso de optimización topológica para un 50%, 65% y 80% de retención de masa en el sistema de análisis estático (Static Structural), mientras que la validación de las geometrías resultantes de la optimización se realizó en el sistema de análisis dinámico (Explicit Dynamics). Producto de la optimización topológica se obtuvo un modelo optimizado cuyo esfuerzo máximo no supera al máximo admisible del material con el que se trabajó, validando así los resultados de la optimización. Una vez validado el modelo, se evaluó su factibilidad de impresión mediante un proceso de rediseño que adaptó el modelo optimizado a las especificaciones requeridas para su fabricación con concreto para impresión 3D por extrusión de material. Para ello, se diseñó una ruta de impresión que fue exportada al software Rhinoceros, donde se utilizó un plug-in desarrollado por la Pontificia Universidad Católica del Perú en el módulo de GrassHopper para generar el código geométrico necesario para su impresión. El producto final de la presente investigación es el código de impresión o G-Code de un nuevo diseño para una barrera New Jersey, cuya masa se redujo en un 13.2% en comparación con la barrera original, mientras que su esfuerzo máximo aumentó en un 22.4% y su desplazamiento en un 17.9%. La reducción de masa en el diseño final contribuye significativamente a la sostenibilidad y eficiencia económica del elemento estructural. Aunque se observe un incremento en los esfuerzos y desplazamientos, estos permanecen dentro de límites admisibles, garantizando la integridad y seguridad de la estructura.