OPTIMIZACIÓN TOPOLÓGICA DE UNA BOVEDILLA DE ESPUMA DE POLIESTIRENO CON MEZCLA DE DENSIDADES

Resumen

RESUMEN Los procesos de manufactura tradicionales para fabricar bovedillas de espuma de poliestireno (EPS) se limitan a producirlas en una densidad uniforme dentro de la pieza a partir de cierta longitud; estas piezas son ampliamente utilizadas en la construcción de casas en México. Sin embargo, al analizar las condiciones de carga a las cuales se somete la bovedilla durante su uso, resulta evidente que existen zonas de material que presentan bajos valores de esfuerzo. Recientemente se han desarrollado nuevas tecnologías de moldeo continuo de EPS para producir piezas con mezclas de densidades localizadas por zonas, lo cual ha llevado a considerar una optimización que proporcione información sobre la distribución óptima de materiales de diferentes densidades, de tal forma que se disminuya la masa de materia prima utilizada sin afectar la resistencia mecánica global requerida en la pieza. Uno de los métodos aplicados en procesos de optimización en la industria automotriz, aeronáutica y construcción es la optimización topológica. Para realizar este proceso de optimización es necesario conocer de manera precisa las propiedades mecánicas del material que conforma la pieza. El comportamiento de la bovedilla de EPS utilizada en la industria de la construcción es analizada en este trabajo. Este elemento constructivo opera bajo cargas de flexión y falla debido a esfuerzos de tensión en las fibras inferiores de la pieza. Se realizaron pruebas uniaxiales de tensión para determinar las propiedades mecánicas de cada densidad utilizada. El comportamiento del EPS es analizado con un modelo elástico multi-lineal utilizando el método de elementos finitos basado en la tendencia de las curvas experimentales. La bovedilla de EPS actualmente es fabricada con material de densidad 12 kg/m3. Se utiliza el método del criterio óptimo (OC) para el proceso de optimización. Con esta optimización se obtiene un ahorro del 15% del material conservando la misma resistencia mecánica de la bovedilla base.