Investigadores del MIT han desarrollado un enfoque innovador para la optimización de estructuras, buscando reducir el uso de materiales en la construcción de edificios y puentes. Este avance es significativo, dado que en 2022, la producción mundial de materiales de construcción representó más del 7 por ciento de las emisiones totales de carbono. Sin embargo, surge la pregunta: ¿cuántos de esos materiales eran realmente necesarios?
Claves de la noticia
Reducción significativa de emisiones
La técnica puede disminuir el uso de materiales hasta en un 90%.
Mejoras en constructibilidad
Nuevas restricciones facilitan la aplicación práctica en construcción.
Colaboración interdisciplinaria
El equipo combina ingeniería civil y optimización computacional.
La técnica conocida como optimización topológica permite diseñar estructuras que utilizan una cantidad mínima de material, lo que podría traducirse en una reducción masiva de las emisiones asociadas a la construcción. Sin embargo, este método ha sido mayormente utilizado por investigadores en aplicaciones como la impresión 3D, dejando a los ingenieros enfrentados al desafío de construir diseños complejos dentro de los límites presupuestarios y temporales.
El nuevo marco desarrollado por los investigadores del MIT busca cerrar esta brecha. En su estudio publicado en Automation in Construction, proponen un sistema que permite a los usuarios aplicar restricciones a las estructuras generadas algorítmicamente, limitando su complejidad. Por ejemplo, se pueden establecer límites sobre cuántos componentes se unen en cada punto del diseño y el tamaño mínimo deseado para las partes. Además, esta metodología considera propiedades de diferentes materiales para distribuir cargas y especificar conexiones entre partes.
Nuevas posibilidades para el diseño estructural
"Hay una interacción entre los materiales utilizados, la constructibilidad de los diseños y la optimización estructural", afirma Josephine Carstensen, profesora del MIT. "Es necesario abordar estos tres aspectos simultáneamente". Los investigadores aplicaron su enfoque para diseñar estructuras truss (de celosía) utilizando acero, madera y múltiples materiales, observando cómo variaban las emisiones de carbono según las restricciones aplicadas.
Schemmer y Carstensen también notaron que ha existido un desfase entre los ahorros teóricos en carbono obtenidos mediante simulaciones y aquellos alcanzables en construcciones reales. Esto se debe principalmente a que muchos diseños son considerados demasiado complejos para ser fabricados con métodos convencionales. Su enfoque ofrece una solución viable al permitir ajustes que aseguran que el diseño final sea factible para su construcción.
A medida que avanzan con este trabajo, el equipo planea construir estructuras a escala reducida diseñadas con este modelo para validar sus predicciones y hacer aún más accesible su uso a ingenieros civiles al diseñar infraestructuras sostenibles.
Preguntas sobre la noticia
¿Cómo mejora el nuevo modelo de optimización topológica la constructibilidad de estructuras?
El nuevo modelo permite a los usuarios aplicar restricciones a las estructuras generadas algorítmicamente, limitando su complejidad y asegurando que sean más fáciles de construir. Esto incluye restricciones sobre cuántos componentes se encuentran en cada punto de diseño y el tamaño mínimo de las partes.
¿Qué impacto tiene la optimización topológica en las emisiones de carbono en la construcción?
La técnica puede reducir la cantidad de material utilizado en la construcción hasta en un 90%, lo que representa una reducción significativa en las emisiones asociadas con los materiales de construcción a nivel global.
¿Cuáles son los desafíos actuales para implementar la optimización topológica en la industria de la construcción?
A pesar de su potencial, la optimización topológica ha sido poco utilizada en la industria debido a que sus diseños suelen ser demasiado complejos para ser construidos con métodos convencionales. El nuevo enfoque busca cerrar esta brecha entre investigación y práctica real.
¿Qué tipos de materiales se pueden utilizar con este nuevo enfoque de optimización?
El modelo permite diseñar estructuras utilizando múltiples materiales, como madera y acero, considerando sus propiedades para distribuir cargas y especificar conexiones, lo que facilita un uso más eficiente y sostenible de los recursos.
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