Optimización del diseño estructural de vigas tipo cajón mediante algoritmo híbrido PSO/SA, aplicación en un puente grúa de 25 toneladas

• Autores: Campos Curi, Toño Thony, Yaranga Galindo, Cesar Adrian
• Formato: tesis de grado
• Fecha de Publicación: 2025
• Institución: Universidad Tecnológica del Perú
• Repositorio: UTP-Institucional
• Lenguaje: español
• OAI Identifier: oai:repositorio.utp.edu.pe:20.500.12867/12400
• Enlace del recurso: https://hdl.handle.net/20.500.12867/12400
• Nivel de acceso: acceso abierto
• Materia: Algoritmo híbrido; Optimización estructural; Recocido simulado; https://purl.org/pe-repo/ocde/ford#2.01.01

La presente investigación se centra en la optimización del diseño estructural de vigas tipo cajón para puentes grúa de 25 toneladas, con el objetivo de reducir su peso sin comprometer la resistencia estructural. Se identificó como problema el sobredimensionamiento debido a la ausencia de metodologías óptimas en los estándares actuales, lo que conlleva un uso excesivo de material, mayores costos y un impacto ambiental elevado por la producción de acero. Para abordar esta situación, se desarrolló un algoritmo híbrido de optimización basado en enjambre de partículas y recocido simulado (PSO/SA), implementado en Matlab y validado mediante análisis estructural en SAP2000. La metodología consideró seis variables geométricas bajo las restricciones de la norma CMAA 70-2022, garantizando el cumplimiento de límites de deflexión y esfuerzos admisibles. Se compararon los resultados del algoritmo híbrido con los obtenidos por PSO y SA. El PSO logró una reducción promedio del 4.59% en el peso, pero con alta variabilidad; el SA, un 3.89% con mayor dispersión. En contraste, el algoritmo PSO/SA alcanzó una reducción promedio del 4.35% y un valor máximo de optimización del 4.76%, mostrando mejor estabilidad y rendimiento. El diseño óptimo presentó una deflexión máxima de 24.85 mm (menor al límite de 25 mm) y un esfuerzo máximo de 109.27 MPa, dentro del rango admisible para acero ASTM A36. Se concluye que el algoritmo híbrido PSO/SA permite obtener diseños más eficientes y sostenibles, logrando una disminución significativa en el uso de material sin comprometer la seguridad estructural. La validación con software especializado confirma la viabilidad del método para su aplicación en el diseño de vigas tipo cajón utilizadas en puentes grúa.